Штучне сонце допомагає вченим створити новий матеріал для подвоєння виробництва зеленого водню

Цей проект має велике значення в умовах зростання потреби у стійких альтернативах викопного палива.

У 2023 році викопні види палива, включаючи нафту, природний газ та вугілля, становили близько 84% первинного енерговиробництва в США, згідно з даними Управління енергетичної інформації США.

Спалювання цих невідновлюваних ресурсів призводить до викиду вуглекислого газу в атмосферу, посилюючи зміну клімату через парниковий ефект.

У пошуках рішень щодо використання відновлюваних джерел енергії дослідники з Північно-Каролінського сільськогосподарського та технічного державного університету розробляють інноваційні технології.

Штучне сонце

Команда доктора Бішну Бастакоті зосередилася на створенні зеленого водню — чистого енергоносія, який отримується з використанням відновлюваних джерел енергії, таких як сонячне світло.

Виробництво водню здійснюється різними методами, включаючи бурий, сірий і синій водень, але вони супроводжуються викидами парникових газів.

На відміну від них, зелений водень є революційним рішенням, оскільки він виробляється за рахунок перетворення сонячної енергії без шкідливих викидів.

Проте існує проблема змінної інтенсивності сонячного світла, особливо у похмурі дні, що знижує стабільність виробництва водню.

Щоб вирішити цю проблему, команда Бастакоті використовує в лабораторії сонячний симулятор, який дозволяє точно контролювати передачу енергії молекул води при освітленні.

Такий підхід забезпечує точні вимірювання виходу водню та підвищує стабільність процесу.

Новий матеріал для підвищення ефективності

Ключовим елементом дослідження став новий матеріал з урахуванням титанату заліза.

Вчені створили його у формі пористої структури, що нагадує бджолині стільники, що значно збільшує ефективність процесу.

Результати дослідження, опубліковані в журналі Small під заголовком "Фотокаталітична еволюція водню з використанням мезопористого титанату заліза у формі сот", викликали інтерес серед фахівців у галузі матеріалознавства та фотокаталізу.

Подвоєння виробництва зеленого водню

Дослідники надихалися попередніми роботами, які показали, що пористі структури покращують транспорт зарядів та масоперенесення завдяки збільшеній площі поверхні.

Розмір часу нового матеріалу становить від двох до 50 нанометрів, відносячи його до мезопористої категорії.

На практиці цей матеріал дозволив майже вдвічі збільшити обсяг водню, що виробляється в порівнянні з комерційними аналогами.

Доктор Бастакоті наголошує на важливості використання відновлюваних джерел енергії.

"Важливо, щоб люди розуміли: у нас є ефективні та стійкі способи отримання необхідної нам енергії", - зазначає він.

Він порівнює перехід до зеленого водню з історичною відмовою від вугілля на користь природного газу, підкреслюючи необхідність уникнення невідновлюваних джерел.

На науковій конференції "Зустріч із вченим" у Непалі влітку 2024 року багато учасників запитували про вартість виробництва зеленого водню.

Доктор Бастакоті визнав, що на даний момент ця технологія потребує значних витрат.

"Зелений водень коштує дорожче, але так буває з будь-якою новою технологією. Головне - думати про довгострокові переваги для майбутніх поколінь", - пояснив він.

У міру зростання світових енергетичних потреб дослідження Північно-Каролінського університету відіграють ключову роль у формуванні стійкого майбутнього.

Розвиваючи науку про зелений водень, вчені сподіваються створити чистіші енергетичні рішення, які допоможуть знизити вплив зміни клімату та забезпечити енергобезпеку на довгі роки вперед.