Исследовательская группа из Технологического университета Чалмерса в Швеции представила новую технологию производства водорода, которая может кардинально изменить правила игры в секторе возобновляемой энергетики. Ученым удалось получить водородный газ из воды под действием солнечного света, заменив дорогостоящий и редкий металл – платину – на мельчайшие частицы электропроводящего пластика. Этот метод открывает путь к эффективному, экологичному и недорогому производству чистого топлива.
Водород считается одним из ключевых элементов глобального энергетического перехода, поскольку при его использовании в качестве побочного продукта образуется только вода. Однако широкому внедрению водородных технологий мешает высокая стоимость и неэкологичность его производства. В частности, при фотокаталитическом расщеплении воды traditionally используется платина, запасы которой на Земле ограничены, а добыча сосредоточена всего в нескольких странах, таких как ЮАР и Россия, и сопряжена с рисками для окружающей среды и здоровья человека.
В новом исследовании, опубликованном в научном журнале «Advanced Materials», команда под руководством профессора Эргана Вана продемонстрировала, как можно эффективно использовать солнечную энергию для производства водорода без платины. В основе процесса лежат наночастицы проводящего полимера, которые, будучи погруженными в воду, взаимодействуют с солнечным светом и запускают реакцию. «Создание эффективных фотокатализаторов без платины было давней мечтой в этой области, – отметил исследователь Александр Холмс. – Применяя передовой дизайн материалов к нашим частицам из проводящего пластика, мы можем производить водород эффективно и экологично – по радикально более низкой цене и с производительностью, которая может даже превзойти системы на основе платины».
Ключ к успеху кроется в молекулярном дизайне так называемых сопряженных полимеров. Этот тип пластика эффективно поглощает свет, но обычно плохо взаимодействует с водой. Исследователи изменили свойства материала на молекулярном уровне, сделав его гораздо более совместимым с водной средой. «Мы также разработали способ формирования пластика в виде наночастиц, которые усиливают взаимодействие с водой и ускоряют процесс преобразования света в водород», – добавил Холмс. В лабораторных условиях эффективность процесса видна невооруженным глазом: как только на стакан с водой и наночастицами направляют лампу, имитирующую солнечный свет, из воды немедленно начинают подниматься пузырьки водородного газа.
Производительность новой системы впечатляет: всего один грамм полимерного материала способен произвести 30 литров водорода за час. Дополнительным преимуществом является недавнее открытие коллег из того же университета, которое показало, что этот электропроводящий пластик можно производить более экономичным способом и без использования вредных химикатов.
Следующим важным шагом для научной группы станет отказ от вспомогательных химикатов в процессе. В настоящее время в реакции используется витамин С, который действует как «жертвенный антиоксидант», предотвращая замедление реакции. Конечная цель – достичь полного расщепления молекул воды на водород и кислород, используя в качестве исходных компонентов только воду и солнечный свет. «Устранение потребности в платине – это важный шаг к устойчивому производству водорода для общества, – заключил профессор Эрган Ван. – На это потребуется еще несколько лет, но мы уверены, что находимся на правильном пути».