Ідея перетворення води океану та сонячного світла на енергію може звучати як наукова фантастика. Однак команда вчених з Австралії продемонструвала в лабораторії, що це можливо. Для цього вони використали галій - блискучий рідкий метал, який допомагає отримувати водень як із морської, так і з прісної води за допомогою світла. Про це пише Econews. Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications.
У статті зазначається, що водень часто називають паливом майбутнього, адже він може накопичувати відновлювану енергію і під час згоряння утворює лише воду. Сьогодні більшість "зеленого" водню отримують шляхом розщеплення очищеної води за допомогою електроенергії від сонячних або вітрових установок. Однак цей процес потребує великої кількості енергії та високоякісної води, якої в багатьох регіонах просто не вистачає.
Учені із Сіднейського університету замість великих електролізних установок і окремих опріснювальних станцій використали сонячне світло, яке нагріває та активує краплі рідкого галію безпосередньо у звичайній воді.
Раніше УНІАН писав, як звичайний літак у США став "електростанцією" в небі. Стартап під назвою Overview Energy нещодавно втілив у життя глибоко значущу мрію, відправивши комерційний літак Cessna в небо над Пенсільванією. Літак був оснащений лазером, який направляв сонячну енергію прямо на приймач на землі. Компанія заявляє, що це перший випадок в історії, коли рухоме джерело енергії передало потужність променями безпосередньо на звичайні старі сонячні панелі на землі.
Галій - сріблястий метал, який плавиться при температурі, яка трохи вища кімнатної, утворюючи у воді маленькі рідкі краплі. Під дією світла ці краплі нагріваються, і їхня поверхня починає реагувати з водою навколо, розщеплюючи молекули води та вивільняючи газоподібний водень. Одночасно галій на поверхні перетворюється на сполуку під назвою оксигідроксид галію, яка вкриває кожну краплю.
У попередніх експериментах із рідкими металами оксидні плівки часто сповільнювали реакції, діючи приблизно як кірка на поверхні супу в каструлі. У новій системі світло не лише нагріває краплі, а й порушує цю тонку плівку, завдяки чому свіжа рідка поверхня металу постійно контактує з водою, і реакція залишається швидкою.
Провідний автор дослідження Луїс Кампос каже, що команда тепер має "спосіб отримання сталого водню з морської води, яка є легкодоступною, при цьому використовуючи лише світло для виробництва зеленого водню".
Метал можна використовувати повторно
Після виділення водню оксигідроксид галію не втрачається. Дослідники продемонстрували, що його можна електрохімічно перетворити назад у рідкий галій, готовий до повторного використання в новому циклі. Така замкнена схема зменшує кількість хімічних відходів і теоретично дозволяє масштабувати процес без постійної закупівлі нового металу.
Під час випробувань за контрольованого освітлення система досягла максимальної ефективності 12,9%. Старший дослідник Курош Калантар-Заде назвав цей результат "дуже конкурентним" для першого прототипу.
Для порівняння, дослідження 2023 року повідомляло про ефективність 9,2% перетворення сонячної енергії у водень для іншої фотокаталітичної системи, якій потрібні були чиста вода і концентроване сонячне світло.
У сукупності ці результати свідчать, що прості системи, які працюють на світлі, починають досягати рівня продуктивності, який може зацікавити енергетичні компанії.
Винахід знижує витрати
Сьогодні більшість проєктів "зеленого" водню базуються на великих електролізних установках, які споживають багато електроенергії та потребують дуже чистої води. Якщо такі установки розташовані на узбережжі, воду часто доводиться додатково очищувати. Така схема може працювати у багатих регіонах, але її важче виправдати у посушливих районах, де кожен літр прісної води конкурує з потребами питного водопостачання та сільського господарства.
Можливість отримувати водень безпосередньо з морської води за допомогою сонячного світла та металу, який можна повторно використовувати, потенційно знижує витрати і відкриває шлях для більшої кількості країн до участі у глобальному ринку водню.
На практиці "зелений" водень, вироблений таким способом, у майбутньому може допомогти живити енергоємну промисловість, вантажівки для далеких перевезень або навіть забезпечувати електроенергією домівки без збільшення викидів вуглецю чи рахунків за електрику.
Експерти також зазначають, що водень складно зберігати і транспортувати, тому дешевше виробництво в портах або сонячних прибережних хабах могло б зменшити навантаження на енергетичні мережі у віддалених регіонах. Поки що такі сценарії залишаються перспективою майбутнього, але подібні лабораторні результати показують, якою на практиці може бути низьковуглецева енергетична система.
Що планують дослідники
Сьогодні прототип працює у контрольованих лабораторних умовах. Співкерівник проєкту Франсуа Алліу каже, що команда працює над розробкою реактора проміжного масштабу, щоб перевірити, як ця хімія поводитиметься у більш реалістичних умовах.
Також потрібно дослідити, наскільки стабільними залишатимуться цикли галію протягом тривалого часу і як на роботу системи можуть впливати мінерали або організми з реальної морської води.
Ще одним відкритим питанням залишається економіка, адже галій менш поширений, ніж багато промислових металів. Тому будь-який реальний проєкт вимагатиме ретельного аналізу вартості та постачання, а також підтримки фінансування.
Якщо ці розрахунки виявляться позитивними, такий підхід може зміцнити амбіції Австралії стати одним із найбільших експортерів "зеленого" водню у найближчі десятиліття.
Раніше УНІАН писав, як звичайний літак у США став "електростанцією" в небі. Стартап під назвою Overview Energy нещодавно втілив у життя глибоко значущу мрію, відправивши комерційний літак Cessna в небо над Пенсільванією. Літак був оснащений лазером, який направляв сонячну енергію прямо на приймач на землі. Компанія заявляє, що це перший випадок в історії, коли рухоме джерело енергії передало потужність променями безпосередньо на звичайні старі сонячні панелі на землі.
