Солнечный свет и отходы сахарного тростника в 4 раза ускорили производство водорода

Водород (H₂) называют топливом будущего, потому что при его сгорании не выделяются парниковые газы. К тому же, в нем содержится много энергии — в 2,7 раза больше, чем в бензине. Но большая часть водорода сейчас производится из природного газа, а это приводит к выбросу большого количества углекислого газа, который нагревает планету. Чтобы решить эту проблему, ученые создали фотоэлектрохимическую систему производства H₂.

Решение использует солнечный свет для двух параллельных процессов. На медном электроде происходит окисление фурфурола с выделением водорода и ценного побочного продукта — фуроновой кислоты. Одновременно на кремниевом фотоэлектроде идет расщепление воды с тем же полезным выходом — водородом. Благодаря его погружной конструкции система охлаждается.

Высокая эффективность системы обусловлена продуманным управлением энергией. При попадании солнечного света на кремниевый фотоэлектрод генерируются электроны, запуская процесс производства водорода. Кристаллический кремний идеально подходит для генерации большого количества электронов, однако создаваемого напряжения (0,6 В) недостаточно для начала реакции без внешнего источника питания.

Исследователи решили эту проблему, добавив реакцию окисления фурфурола на противоположном электроде, которая стабилизирует напряжение в системе. Электрод был дополнительно защищен никелевой фольгой и стеклянным покрытием.

Этот двойной механизм обеспечивает выход водорода на уровне 1,4 ммоль/см²·ч, что вдвое превосходит показатели традиционных фотоэлектрохимических установок. Практическая производительность почти вчетверо превышает целевой показатель Министерства энергетики США — 0,36 ммоль/см²·ч.

Разработка знаменует собой шаг к водородной экономике, основанной на использовании возобновляемой биомассы и солнечной энергии. В перспективе технология поможет производить чистое и экономичное водородное топливо.