Источник: Spectrum.ieee.org
Солнечные панели множатся на крышах и в садах по всему миру, поскольку сообщества требуют возобновляемой электроэнергии. Но инженеры из Бельгии говорят, что панели могут делать больше, чем просто держать свет включенным - они также могут производить водород на месте, позволяя семьям обогревать свои дома, не увеличивая углеродный след.
Команда наKatholieke Universiteit Leuven, или KU Leuven,говорит, что это развилосьсолнечная панель, которая преобразует солнечный свет непосредственно в водород, используя влагу из воздуха. Прототип берет водяной пар и расщепляет его на молекулы водорода и кислорода. В случае успешного масштабирования технология может помочь решить серьезную проблему, стоящую перед водородной экономикой.
Водород, в отличие от ископаемого топлива, не вызывает выбросов парниковых газов или загрязнения воздуха при использовании в транспортных средствах или зданиях на топливных элементах. Тем не менее, почти весь водород, производимый сегодня, производится с использованиемпроизводственный процессэто связано с природным газом, что в конечном итоге приводит к увеличению выбросов в атмосферу.
Небольшое, но постоянно растущее число предприятий производят «зеленый» водород с помощью электролиза, который расщепляет молекулы воды с помощью электричества - в идеале из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце. Другие исследователи, включая команду из Бельгии, разрабатывают так называемые технологии прямого солнечного разделения воды. В них используются химические и биологические компоненты для разделения воды непосредственно на солнечную панель, что исключает необходимость в больших дорогостоящих электролизных установках.
«Поиск способа получения водорода более простым или более эффективным способом - это, возможно, квест Святого Грааля», - говоритДжим Фентон, который руководитЦентр солнечной энергии Флоридыв Университете Центральной Флориды.
KU Leuvenнаходится в кампусе, покрытом травой, во Фландрии, северном регионе Бельгии, где говорят по-голландски. Ранее в этом месяце профессорЙохан Мартенси его команда вЦентр химии поверхности и катализаобъявили, что их прототип может производить 250 литров водорода в день в среднем за полный год, что, по их утверждениям, является мировым рекордом. По их прогнозам, семья, живущая в хорошо изолированном бельгийском доме, могла бы использовать около 20 таких панелей для удовлетворения своих потребностей в электроэнергии и отоплении в течение всего года.
Солнечная панель имеет длину 1,65 метра - примерно высоту кухонного холодильника или этого репортера - и имеет номинальную выходную мощность около 210 Вт. По словам ученых, система может преобразовывать 15 процентов получаемой солнечной энергии в водород. Это значительный скачок по сравнению с эффективностью 0,1%, которую они впервые достигли 10 лет назад. (Отдельно международные исследователи в прошлом годусказали, что они достигли19-процентная эффективность производства водорода за счет прямого разделения воды на солнечной энергии.)
Однако лаборатория Мартенса умалчивала о своей технологии.Том Боссерез, исследователь, получивший докторскую степень, отказался раскрыть какие-либо подробности, сославшись на проблемы интеллектуальной собственности. Он говорит только, что лаборатория специализируется на «катализаторах, мембранах и адсорбентах».
«Используя наш опыт в этой области, мы смогли разработать систему, которая очень эффективно забирает воду из воздуха и расщепляет ее на водород с помощью солнечной энергии», - написал Боссерез в электронном письме. На вопрос о некоторых инженерных проблемах, с которыми они столкнулись в течение десятилетия разработки, он отвечает: «Самое сложное - это получить воду из воздуха».
Научные статьи предлагают разрозненные подсказки о технологии, хотя Боссерез говорит, что их исследования «выходят за рамки того, что мы публикуем». В последние годы инженеры изучали эффективность различных материалов, в том числе пористых, многопереходных.кремниевые солнечные элементыс «размерами пор в микрометрах»;тонкопленочные катализаторыиз оксида марганца (III); и поли (виниловый спирт)анионообменная мембранас использованием раствора гидроксида калия и катализаторов на основе никеля.
Мартенс обычно говорит, что его команда использует «дешевое сырье» вместо драгоценных металлов и других дорогих компонентов. «Мы хотели разработать что-то экологичное, доступное по цене, которое можно было бы использовать практически где угодно»,он сказал VRT, сеть общественного вещания в Бельгии.
Исследователи планируют провести полевые испытания своего прототипа в доме в сельском городке Ауд-Хеверли. Летом водород будет храниться в небольшом подземном сосуде под давлением, а зимой перекачивать его по всему дому. Если все пойдет по плану, говорит Мартенс, команда могла бы установить 20 панелей в доме или построить более крупную систему соседства, чтобы другие семьи могли использовать «зеленый» водород.
Фентон из Центра солнечной энергии Флориды говорит, что еще слишком рано определять, станут ли солнечные панели, производящие водород, и когда они станут экономически жизнеспособными. Технология все еще находится на очень ранней стадии разработки, и - особенно в Соединенных Штатах - существующие виды топлива для отопления, такие как природный газ, относительно дешевы. Однако по мере того, как страны работают над решением проблемы изменения климата и по мере того, как все больше сообществ устанавливают местную инфраструктуру возобновляемых источников энергии, такую как солнечная энергия на крыше, он видит потенциальную роль этих водородных систем.
«Если приложение сработает, оно может очень хорошо подойти для производства водорода, который я мог бы хранить и использовать для отопления своего дома, для приготовления пищи, возможно, запускать его в моей машине на топливных элементах», - говорит Фентон. «Это футуристические возможности. Но мы все еще должны к этому готовиться ».
