Зеленая революция: водородная технология решит проблему воды

Совместные усилия специалистов из Корнеллского университета и ряда других научных учреждений позволили создать три инновационные технологии, направленные на устойчивое развитие.

Одним из ключевых достижений стал экономичный и экологически чистый способ получения водорода из морской воды с помощью солнечной энергии. Примечательно, что побочным продуктом этого процесса является пресная вода, пригодная для питья.

Разработанное учёными устройство получило название HSD-WE — гибридная система солнечной дистилляции и электролиза воды. Как сообщили исследователи, их установка, функционирующая при естественном солнечном освещении, способна производить до 200 миллилитров водорода в час с эффективностью 12,6%. Подробности об этом проекте были опубликованы 9 апреля в научном журнале, посвящённом вопросам энергетики и экологии.

По прогнозам авторов технологии, в ближайшие 15 лет удастся сократить затраты на производство экологически чистого водорода до одного доллара за килограмм. Это станет важным шагом на пути к достижению целей по снижению углеродных выбросов до нуля к 2050 году.

Руководитель проекта, профессор Лэнэн Чжан, отметил, что вода и энергия играют решающую роль в жизни современного общества. Однако чаще всего увеличение производства энергии требует значительных водных ресурсов. В то же время нехватка питьевой воды остаётся актуальной проблемой для двух третей населения планеты. По его словам, это создаёт серьёзные трудности при производстве "зелёного" водорода, что напрямую влияет на его себестоимость.

Традиционно водород получают путём электролиза деионизированной воды. Но такая технология требует больших объёмов очищенной воды, что значительно увеличивает расходы. В результате себестоимость "зелёного" водорода оказывается примерно в десять раз выше по сравнению с водородом, полученным традиционными методами.

Чжан объяснил, что их команда искала решение, основанное на доступных ресурсах. Они обратили внимание на два фактически неисчерпаемых и бесплатных источника — солнечную энергию и морскую воду. Вместе с коллегами из Массачусетского технологического института, Университета Джонса Хопкинса и Университета штата Мичиган, исследователи разработали компактное устройство размером 10 на 10 сантиметров.

Интересно, что они смогли использовать один из недостатков традиционных солнечных панелей — низкий КПД. Обычно фотоэлементы преобразуют лишь около 30% солнечной энергии в электричество, а остальная часть теряется в виде тепла. Однако новая разработка позволяет использовать это тепло для нагрева и дистилляции морской воды.

Чжан рассказал, что коротковолновое излучение вырабатывает электричество, а длинноволновое — способствует нагреву воды и её испарению. Таким образом, энергия солнца используется максимально эффективно, без потерь.

После испарения морской воды остаётся соль, а образовавшийся пар конденсируется в пресную воду. Эта вода затем поступает в электролизёр, где происходит её расщепление на водород и кислород.

Учёный также подчеркнул, что данную технологию можно применять на солнечных электростанциях. В перспективе это позволит не только производить водород, но и охлаждать сами панели, повышая их эффективность и продлевая срок эксплуатации.

Он добавил, что основной целью проекта было не только снижение вредных выбросов и защита окружающей среды, но и снижение стоимости технологии. Чем дешевле производство, тем выше шансы на широкое внедрение в промышленности. Исследователи уверены, что в будущем подобные установки могут быть внедрены в самых разных регионах мира.

Проект получил финансовую поддержку от Национального научного фонда США.

Уточнения

Водоро́д — химический элемент первого периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 1.