HighTech Одно из последних новшеств в мире искусственного фотосинтеза: достигнуты новые высоты в разложении воды солнечным светом для создания водорода.
Есть еще одна, разработка в этой сфере, затрагивающая другой вид искусственного фотосинтеза - использование солнечной энергии для превращения углекислого газа в топливо. С помощью такой технологии можно убрать накопившиеся массы парниковых газов из атмосферы и предотвратить их попадание туда в дальнейшем. Представители Объединенного центра искусственного фотосинтеза Национальной лаборатории Лоуренса Бэркли сообщили о проведении оценки эффективности технологии на нескольких фотоэлектрических клетках.
Команда выяснила, что солнечная энергия может превращать СО2 в синтетический газ, состоящий из смеси водорода и монооксида углерода, который можно использовать для создания нового углеводорода с эффективностью 18.3%. Таким способом также можно производить жидкий хитан - смесь метана и водорода с эффективностью 20.3%.
Алексис Белл - профессор химической инженерии в Калифорнийском университете и глава исследования, рассказал, что идея использовать солнечную энергию для переработки углекислого газа уже “давно витает в умах ученых, но для реализации проекта у них не было ни технических возможностей, ни необходимых ресурсов”.
Стоит также отметить, что показатель в 18-20% считается колоссальным успехом, поскольку ранее эффективность превращения составляла менее 7%, а эффективность природного фотосинтеза редко поднималпсь выше 2%.
Белл объяснил, как работают устройства искусственного фотосинтеза : фотоэлектрические клетки поглощают солнечный свет и используют полученную из него энергию для расщепления воды на водород и кислород, после чего водород атакует углекислый газ и образует гидрокарбон и новую воду.
По его словам, вся суть заключается в том, чтобы обеспечить максимально эффективное поглощение света для того чтобы получить достаточное количество энергии для расщепления углекислого газа, а также в том, чтобы “найти катализатор, способный одинаково эффективно конвертировать диоксиды и производить нужный вид топлива”. В результате химической реакции “вам не нужно 10 продуктов; вам нужен лишь 1 или 2, но с максимальной энергоемкостью”, которые можно использовать для транспортного топлива или производства энергии.
Белл и его коллеги нашли четыре рабочие конфигурации для фотопоглотителей: фотоэлектрические клетки с одним, двумя или тремя p-n переходами и фотоэлектрический гидролиз - это система, в которой солнечный свет находится снаружи реакционного центра. Они изучили возможность применения каждого из них в соединении с катодами меди и серебра для формирующей гидрокарбон реакции.
В конечном итоге, исследователи все же определили две идеальные конфигурации для двух видов топлива. Первая заключается в том, что они высчитали, что анод двуокиси иридия с катодом серебра и фотоэлектрической клеткой с тремя переходами могут образовывать синтетический газ для преобразования солнечной энергии в топливо с эффективностью 18.3%. Суть второй - в образовании хитана с помощью анода двуокиси иридия и катода меди с теоретической максимальной эффективностью в 20.3% (ученые исследовали хитан на предмет возможного его использования в качестве альтернативного топлива, при использовании которого в атмосферу попадается намного меньше вредных веществ, чем при сгорании дизельного топлива или природного газа).
В 2010 году Объединенный центр искусственного фотосинтеза был передан под юрисдикцию Центра инноваций Министерства энергетики США, возглавляемого учеными из Калифорнийского технического института и их генеральным партнером в лице Национальной лаборатории Лоуренса Бэркли. А в апреле Министерство образования США пообещало им грант на $75 млн. на следующие пять лет исследований.
Белл заявляет, что за эти пять лет финансирования команда ставит своей целью создание маленького прототипа готового устройства. Производимое таким способом топливо может быть использовано в качестве не оставляющей после себя вредных веществ альтернативы бензину, а также для транспортировки и производства электричества.
Он также допускает использование подобных устройств в сочетании с большими солнечными электростанциями. Избытки солнечной энергии, не задействованные в немедленном производстве электричества, можно пустить на производство запасов, которые можно хранить на случай сильной облачности.
Белл считает, что такой вид хранения энергии лучше подойдет для батарей, поскольку они имеют маленькую энергоемкость. Современные технологии для сохранения энергии, основанные на батареях, не могут предоставить электричества даже на неделю пасмурной погоды, что, безусловно, является проблемой.
Он также добавил, что получать двуокись углерода прямиком из атмосферы было бы, конечно, здорово, но в реальности он, скорее всего, будет черпаться из газовых скважин. Хоть в атмосфере и полно нужного материала, Белл объяснил, что получать из нее какие-либо элементы на данный момент “слишком затруднительно”. Так что до тех пор, пока не будет найден экономически эффективный способ добывать двуокись углерода из атмосферы, придется позаимствовать ее где-то еще.
К счастью (или к сожалению) человеческая деятельность предоставляет исследователем широкий выбор источников огромных объемов углекислого газа.