Сонце, тростина і наука: як з відходів навчилися добувати водень із рекордною ефективністю
Південнокорейські науковці винайшли інноваційний спосіб отримання водню — палива майбутнього — з цукрової тростини.
Про це йдеться у звіті, опублікованому в журналі Nature Communications.
У центрі дослідження — нова фотоелектрохімічна технологія, що ґрунтується на застосуванні фурфуролу — хімічної сполуки, яку добувають із відходів переробки цукрової тростини. Використовуючи біомасу та кремнієві фотоелектроди, науковці змогли виробляти водень (H₂) виключно за допомогою сонячного світла. Причому результативність перевищує поріг комерційної доцільності, визначений Міністерством енергетики США, у чотири рази.
Водень давно вважають альтернативним паливом нового покоління, адже під час його спалювання не утворюються парникові гази. До того ж, він має високу щільність накопичення енергії — майже втричі більшу, ніж бензин. Проте більшість сучасного водню виготовляється з викопного палива, що супроводжується значними викидами вуглекислого газу.
Щоб розв’язати цю проблему, вчені створили екологічну систему, у якій один електрод окислює фурфурол і продукує водень та фуранову кислоту як корисний побічний продукт. Паралельно інший фотоелектрод із кремнію розщеплює воду, також утворюючи водень. Такий підхід забезпечує вражаючу ефективність — до 1,4 мілімоль водню на см² за годину.
Ключовим чинником успішності розробки є вміння системи ефективно використовувати сонячну енергію. Кремнієвий фотоелектрод, що вловлює світло, продукує електрони, однак традиційно їх недостатньо для стабільної реакції. Щоб уникнути потреби у зовнішньому живленні, вчені задіяли окислення фурфуролу, що компенсує напругу в системі.
З метою підвищення надійності, електроди помістили в захисну нікелеву оболонку та багатошарові скляні покриття. А завдяки особливій “зануреній конструкції”, кремнієвий елемент природно охолоджується, що покращує загальну продуктивність.
Цей прорив у галузі водневої енергетики відкриває нові горизонти: поєднання відновлюваної біомаси та сонячного світла може стати фундаментом для екологічно чистого та економічно вигідного виробництва водневого палива у глобальному масштабі.
