Концепція отримання енергії з океанічної води та сонячного світла може здатися казковою. Проте австралійська команда вчених експериментально підтвердила, що це реально. Вони застосували галій — блискучий рідкий метал, що сприяє отриманню водню як з морської, так і з прісної води за допомогою освітлення. Про це повідомляє Econews. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Communications.
Зазначається, що водень часто вважають паливом майбутнього, оскільки він може зберігати відновлювану енергію, а при згорянні видає виключно воду. На сьогоднішній день більшість “зеленого” водню виготовляється шляхом електролізу очищеної води з використанням енергії з сонячних або вітрових установок. Проте цей процес потребує значної кількості енергії та високоякісної води, якої бракує в багатьох регіонах.
Дослідники з Сіднейського університету, замість традиційних електролізних установок та окремих опріснювальних станцій, використали сонячне світло для нагрівання та активації крапель рідкого галію прямо у звичайній воді.
Галій — сріблястий метал, що плавиться при температурі трохи вище кімнатної, утворюючи у воді маленькі краплі. Під впливом світла ці краплі нагріваються, а їхня поверхня реагує з водою, розщеплюючи молекули води та вивільняючи газоподібний водень. Одночасно у галію на поверхні утворюється сполука під назвою оксигідроксид галію, що покриває кожну краплю.
У попередніх дослідженнях з рідкими металами оксидні плівки заважали реакціям, схожим на кірку на супі. Проте в новій системі світло не лише нагріває краплі, а й зриває цю тонку плівку, що дозволяє новій рідкій поверхні металу постійно взаємодіяти з водою, зберігаючи швидкість реакції.
Головний автор дослідження Луїс Кампос зазначає, що команда має “метод сталого отримання водню з морської води, яка легко доступна, використовуючи лише світло для вироблення зеленого водню”.
Метал може бути використаний повторно
Після виділення водню оксигідроксид галію не втрачається. Дослідники продемонстрували можливість електрохімічного перетворення його назад у рідкий галій, готовий для повторного використання в новому циклі. Така замкнута схема зменшує обсяги хімічних відходів і теоретично дозволяє масштабувати процес без постійного придбання нового металу.
У ході експериментів за контрольованого освітлення досягнута максимальна ефективність 12,9%. Старший дослідник Курош Калантар-Заде охарактеризував цей результат як “досить конкурентний” для первинного прототипу.
Для порівняння, дослідження 2023 року вказувало на ефективність 9,2% перетворення сонячної енергії у водень для іншої фотокаталітичної системи, що вимагала чистої води і концентрованого сонячного світла.
Ці результати вказують на те, що прості системи, що працюють на світлі, починають досягати продуктивності, що може зацікавити енергетичні компанії.
Винахід знижує витрати
На сьогоднішній день більшість проектів “зеленого” водню засновані на великих електролізних установках, які споживають надмірну електроенергію та потребують дуже чистої води. Якщо такі установки розміщені на узбережжі, воду часто необхідно додатково очищувати. Така модель може працювати в багатих регіонах, однак важче її реалізувати в посушливих зонах, де прісна вода конкурує з потребами питного водопостачання та сільського господарства.
Можливість виготовляти водень безпосередньо з морської води за допомогою сонячного світла та повторно використовуваного металу може суттєво знизити собівартість і дозволити багатьом країнам долучитися до глобального ринку водню.
Вироблений таким чином “зелений” водень в подальшому може сприяти енергії в енергоємних промисловостях, вантажівках для далеких перевезень або навіть живити домогосподарства без збільшення викидів вуглецю або рахунків за електроенергію.
Експерти також підкреслюють, що водень важко зберігати і транспортувати; отже, дешевше його виробництво в портах або сонячних хабах на узбережжі може зменшити навантаження на енергетичні мережі віддалених регіонів. Хоча такі сценарії поки що виглядають перспективно, лабораторні успіхи показують, якою може бути низьковуглецева енергетична система на практиці.
Плани дослідників
Зараз прототип реалізується в контрольованих лабораторних умовах. Співкерівник проєкту Франсуа Алліу заявив, що команда працює над створенням реактора проміжного масштабу, щоб перевірити, як ця хімія автомобільно взаємодіятиме у більш реалістичних умовах.
Також важливо дослідити, наскільки стабільними залишаться цикли галію протягом тривалого часу та як можуть вплинути мінерали або організми з реальної морської води на роботу системи.
Ще одним важливим питанням є економіка, оскільки галій є менш поширеним, ніж багато промислових металів. Тому будь-який реальний проект вимагатиме ретельного аналізу вартості та постачання, а також підтримки фінансування.
Якщо ці розрахунки підуть на користь, такий підхід може укріпити амбіції Австралії стати одним з провідних експортерів “зеленого” водню у найближчі десятиліття.
