Идея преобразования океанской воды и солнечного света в энергию может звучать как научная фантастика. Однако команда ученых из Австралии продемонстрировала в лаборатории, что это возможно. Для этого они использовали галлий – блестящий жидкий металл, который помогает получать водород как из морской, так и из пресной воды с помощью света. Об этом пишет Econews. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В статье отмечается, что водород часто называют топливом будущего, ведь он может накапливать возобновляемую энергию и при сгорании образует только воду. Сегодня большую часть "зеленого" водорода получают путем расщепления очищенной воды с помощью электроэнергии от солнечных или ветровых установок. Однако этот процесс требует большого количества энергии и высококачественной воды, которой во многих регионах просто не хватает.
Ученые из Сиднейского университета вместо крупных электролизных установок и отдельных опреснительных станций использовали солнечный свет, который нагревает и активирует капли жидкого галлия непосредственно в обычной воде.
Ранее УНИАН писал, как обычный самолет в США стал "электростанцией" в небе. Стартап под названием Overview Energy недавно воплотил в жизнь глубоко значимую мечту, отправив коммерческий самолет Cessna в небо над Пенсильванией. Самолет был оснащен лазером, который направлял солнечную энергию прямо на приемник на земле. Компания заявляет, что это первый случай в истории, когда подвижный источник энергии передал мощность лучами непосредственно на обычные старые солнечные панели на земле.
Галий – серебристый металл, который плавится при температуре, немного превышающей комнатную, образуя в воде маленькие жидкие капли. Под действием света эти капли нагреваются, и их поверхность начинает реагировать с окружающей водой, расщепляя молекулы воды и высвобождая газообразный водород. Одновременно галлий на поверхности превращается в соединение под названием оксигидроксид галлия, которое покрывает каждую каплю.
В предыдущих экспериментах с жидкими металлами оксидные пленки часто замедляли реакции, действуя примерно как корка на поверхности супа в кастрюле. В новой системе свет не только нагревает капли, но и разрушает эту тонкую пленку, благодаря чему свежая жидкая поверхность металла постоянно контактирует с водой, и реакция остается быстрой.
Ведущий автор исследования Луис Кампос говорит, что у команды теперь есть "способ получения устойчивого водорода из морской воды, которая легкодоступна, при этом используя только свет для производства зеленого водорода".
Металл можно использовать повторно
После выделения водорода оксигидроксид галлия не теряется. Исследователи продемонстрировали, что его можно электрохимически преобразовать обратно в жидкий галлий, готовый к повторному использованию в новом цикле. Такая замкнутая схема уменьшает количество химических отходов и теоретически позволяет масштабировать процесс без постоянной закупки нового металла.
Во время испытаний при контролируемом освещении система достигла максимальной эффективности 12,9%. Старший исследователь Курош Калантар-Заде назвал этот результат "очень конкурентоспособным" для первого прототипа.
Для сравнения, исследование 2023 года сообщало об эффективности 9,2% преобразования солнечной энергии в водород для другой фотокаталитической системы, которой требовались чистая вода и концентрированный солнечный свет.
В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что простые системы, работающие на свете, начинают достигать уровня производительности, который может заинтересовать энергетические компании.
Изобретение снижает затраты
Сегодня большинство проектов "зеленого" водорода основаны на крупных электролизных установках, которые потребляют много электроэнергии и требуют очень чистой воды. Если такие установки расположены на побережье, воду часто приходится дополнительно очищать. Такая схема может работать в богатых регионах, но ее сложнее оправдать в засушливых районах, где каждый литр пресной воды конкурирует с потребностями питьевого водоснабжения и сельского хозяйства.
Возможность получать водород непосредственно из морской воды с помощью солнечного света и металла, который можно повторно использовать, потенциально снижает затраты и открывает путь для большего числа стран к участию в глобальном рынке водорода.
На практике "зеленый" водород, произведенный таким способом, в будущем может помочь питать энергоемкую промышленность, грузовики для дальних перевозок или даже обеспечивать электроэнергией дома без увеличения выбросов углерода или счетов за электричество.
Эксперты также отмечают, что водород сложно хранить и транспортировать, поэтому более дешевое производство в портах или прибрежных солнечных хабах могло бы снизить нагрузку на энергетические сети в отдаленных регионах. Пока что такие сценарии остаются перспективой будущего, но подобные лабораторные результаты показывают, какой на практике может быть низкоуглеродная энергетическая система.
Что планируют исследователи
Сегодня прототип работает в контролируемых лабораторных условиях. Соруководитель проекта Франсуа Аллиу говорит, что команда работает над разработкой реактора промежуточного масштаба, чтобы проверить, как эта химия будет вести себя в более реалистичных условиях.
Также необходимо исследовать, насколько стабильными останутся циклы галлия в течение длительного времени и как на работу системы могут влиять минералы или организмы из реальной морской воды.
Еще одним открытым вопросом остается экономика, ведь галлий менее распространен, чем многие промышленные металлы. Поэтому любой реальный проект потребует тщательного анализа стоимости и поставок, а также поддержки финансирования.
Если эти расчеты окажутся положительными, такой подход может укрепить амбиции Австралии стать одним из крупнейших экспортеров "зеленого" водорода в ближайшие десятилетия.
Ранее УНИАН писал, как обычный самолет в США стал "электростанцией" в небе. Стартап под названием Overview Energy недавно воплотил в жизнь глубоко значимую мечту, отправив коммерческий самолет Cessna в небо над Пенсильванией. Самолет был оснащен лазером, который направлял солнечную энергию прямо на приемник на земле. Компания заявляет, что это первый случай в истории, когда подвижный источник энергии передал мощность лучами непосредственно на обычные старые солнечные панели на земле.
