Искусственное солнце помогает ученым создать новый материал для удвоения производства зеленого водорода

Этот проект имеет огромное значение в условиях растущей потребности в устойчивых альтернативах ископаемому топливу.

В 2023 году ископаемые виды топлива, включая нефть, природный газ и уголь, составили около 84% первичного энергопроизводства в США, согласно данным Управления энергетической информации США.

Сжигание этих невозобновляемых ресурсов приводит к выбросу углекислого газа в атмосферу, усиливая изменение климата из-за парникового эффекта.

В поисках решений для использования возобновляемых источников энергии исследователи из Северо-Каролинского сельскохозяйственного и технического государственного университета разрабатывают инновационные технологии.

Искусственное солнце

Команда доктора Бишну Бастакоти сосредоточилась на создании зеленого водорода — чистого энергоносителя, получаемого с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечный свет.

Производство водорода осуществляется разными методами, включая бурый, серый и синий водород, но все они сопровождаются выбросами парниковых газов.

В отличие от них, зеленый водород представляет собой революционное решение, так как он вырабатывается за счет преобразования солнечной энергии без вредных выбросов.

Однако существует проблема переменной интенсивности солнечного света, особенно в пасмурные дни, что снижает стабильность производства водорода.

Чтобы решить эту проблему, команда Бастакоти использует в лаборатории солнечный симулятор, который позволяет точно контролировать передачу энергии к молекулам воды при освещении.

Такой подход обеспечивает точные измерения выхода водорода и повышает стабильность процесса.

Новый материал для повышения эффективности

Ключевым элементом исследования стал новый материал на основе титаната железа.

Ученые создали его в форме пористой структуры, напоминающей пчелиные соты, что значительно увеличивает эффективность процесса.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Small под заголовком "Фотокаталитическая эволюция водорода с использованием мезопористого титаната железа в форме сот", вызвали интерес среди специалистов в области материаловедения и фотокатализа.

Удвоение производства зеленого водорода

Исследователи вдохновлялись предыдущими работами, которые показали, что пористые структуры улучшают транспорт зарядов и массоперенос благодаря увеличенной площади поверхности.

Размер пор нового материала составляет от двух до 50 нанометров, относя его к мезопористой категории.

На практике этот материал позволил почти вдвое увеличить объем вырабатываемого водорода по сравнению с коммерческими аналогами.

Доктор Бастакоти подчеркивает важность использования возобновляемых источников энергии.

"Важно, чтобы люди понимали: у нас есть эффективные и устойчивые способы получения необходимой нам энергии," — отмечает он.

Он сравнивает переход к зеленому водороду с историческим отказом от угля в пользу природного газа, подчеркивая необходимость ухода от невозобновляемых источников.

На научной конференции "Встреча с ученым" в Непале летом 2024 года многие участники спрашивали о стоимости производства зеленого водорода.

Доктор Бастакоти признал, что на данный момент эта технология требует значительных затрат.

"Зеленый водород стоит дороже, но так бывает с любой новой технологией. Главное — думать о долгосрочных преимуществах для будущих поколений," — объяснил он.

По мере роста мировых энергетических потребностей исследования Северо-Каролинского университета играют ключевую роль в формировании устойчивого будущего.

Развивая науку о зеленом водороде, ученые надеются создать более чистые энергетические решения, которые помогут снизить влияние изменения климата и обеспечить энергобезопасность на долгие годы вперед.