Ученые нашли новый способ производства энергии с помощью морской воды

Ученые из Университета Осаки, крупнейшего в Японии, весьма близки к получению солнечной энергии с помощью одного самых обильных ресурсов на Земле: морской воды. Через ряд уникальных химических реакций и при участии солнечного света, они смогли получить перекись водорода, Н2О2, из морской воды, которую можно использовать для производства электроэнергии в топливных элементах.

Это первый фотокаталитический метод производства Н2О2, который позволяет достичь настолько высокой эффективности, которая сделает возможным его применение в топливных ячейках.

Исследователи во главе с Шуничи Фукузуми (Shunichi Fukuzumi) опубликовали статью о новом методе фотокаталитического производства перекиси водорода в последнем выпуске Nature Communications.

Самым большим преимуществом использования жидкого H2O2 вместо газообразного водорода (H2), который большинство топливных элементов используют сегодня, является то, что жидкую форму гораздо легче хранить при высокой плотности. Как правило, газ Н2 должен храниться либо при очень высоком давлении, или, как в некоторых случаях, охлаждаться до жидкого состояния при криогенной температуре. Жидкий Н2О2 можно хранить и транспортировать более безопасно при высокой плотности.

Проблема заключается в том, что до сих пор не было эффективного фотокаталитического метода получения жидкого H2O2. (Есть способы производства Н2О2, которые не используют солнечный свет, но они требуют столько энергии, что они не являются практичными для использования, целью которого является получение энергии).

В своем последнем исследовании ученые разработали новую фотоэлектрохимическую ячейку, которая по сути, является солнечной батарей, производящей H2O2. Когда солнечный свет освещает фотокатализатор, он поглощает фотоны и использует энергию для инициирования химических реакций (окисления морской воды и снижение О2) таким образом, что в конечном счете производит H2O2.

После освещения ячейки в течение 24 часов, концентрация Н2О2 в морской воде составляет около 48 ммоль , что значительно превышает предыдущие показатели – около 2 ммоль в чистой воде. Исследуя причину такого большого различия, ученые обнаружили, что отрицательно заряженный хлор в морской воде в основном отвечает за повышение фотокаталитической активности и позволяет получить более высокую концентрацию.

В целом, система обладает общей эффективностью преобразования солнечной энергии в электричество порядка 0,28%. (Фотокаталитическое производство Н2О2 из морской воды имеет КПД 0,55%, а топливный элемент имеет КПД 50%).

Хотя общая эффективность разработанной технологии выигрывает в сравнении с некоторыми другими методами по производству энергии с помощью солнца, она по-прежнему значительно ниже, чем эффективность обычных солнечных элементов. Исследователи ожидают, что в будущем эффективность может быть улучшена, при использовании лучших материалов для фотоэлектрохимической ячейки. Они также планируют найти способы снижения стоимости производства.