Установлен новый рекорд эффективности процесса искусственного фотосинтеза - «Наука и технологии»

Поскольку весь мир постепенно движется в сторону получения энергии из альтернативных и возобновляемых источников, эффективность преобразования энергии в топливо, к примеру, в водород, должна увеличиться до такой степени, что новые экологически чистые методы получения топлива смогут конкурировать с традиционными методами, в которых используются полезные ископаемые или другие виды ресурсов. Недавно исследователи из университета Монаша (Monash University), Мельбурн, Австралия, объявили о создании нового устройства на солнечной энергии, которое вырабатывает водород с эффективностью 22 процента. Это рекордное на сегодняшний день значение эффективности является значительным шагом вперед к тому, чтобы сделать реальностью эффективный процесс производства дешевого водородного топлива.

Рекорды эффективности получения водорода за счет солнечной энергии неуклонно повышались за последние годы, этому максимально способствовало постоянное совершенствование технологий и разработка новых видов катализаторов. Еще в декабре прошлого года показатель эффективности искусственного фотосинтеза составлял 12.3 процента, а нынешнее достижение почти на 10 процентов превышает предыдущий рекорд, который составлял 18 процентов.

Расщепление воды на водород и кислород при помощи электричества был основным методом производства водорода в течение многих десятилетий. Однако, такая технология была нежизнеспособной с точки зрения массового применения из-за ее отрицательного энергетического баланса. Использование энергии солнечного света позволяет сдвинуть энергетический баланс процесса в положительную область, что позволит снизить стоимость конечного продукта - чистого водорода.

Достижение рекордного значения эффективности производства водорода стало возможным благодаря точной настройке и поддержанию параметров протекающих при этом процессов. Кроме этого немаловажную роль сыграл приобретенный за годы исследований опыт в применение новых типов каталитических материалов, некоторые из которых были открыты только в последнее время.

Ключевым моментом нового рекорда стал сложный каталитический материал, который является соединением фосфида галлия-индия, арсенида галлия и германия, материалов, широко используемых в солнечной энергетике для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Кроме этого, свою роль в увеличении сыграла разработка и использование новых электродов изготовленных из никелевой "пены", которая обеспечивает большое значение эффективной площади электрода, на котором и происходит процесс фотоэлектролиза воды. В качестве электролита в новом процессе используется раствор, содержащий фосфат натрия и поваренную соль в строго определенных пропорциях.

Вопрос эффективности фотоэлектрического преобразования энергии света в энергию топлива является весьма спорным вопросом в научном сообществе. Некоторые ученые даже высчитали значение предела максимальной эффективности, которого в теории могут достичь наилучшие образцы фотоэлектрохимических ячеек. Установленный рекорд эффективности находится еще далеко от теоретического предела, существование которого как раз и является спорным вопросом, но последние и будущие достижения в области солнечной энергетики, в том числе и фотогальванические элементы из перовскитов, позволят увеличить и эффективности процессов искусственного фотосинтеза, все больше и больше склоняя чашу весов от ископаемых видов топлива в сторону дешевого водородного топлива.