Опрос
|
реклама
Быстрый переход
«Искусственные листья» научили добывать водород из грязной морской воды — для этого нужен только солнечный свет
19.09.2026 [12:54],
Геннадий Детинич
Учёные из Наньянского технологического университета (Nanyang Technological University) в Сингапуре разработали «искусственный лист» — фотоэлектрохимическое устройство, которое одновременно производит водород из морской воды и удаляет из неё токсичный промышленный загрязнитель гидразин. Система работает непосредственно от солнечного света и не требует внешнего источника электроэнергии. 
Источник изображения: Nanyang Technological University В отличие от обычного электролиза, где на аноде образуется кислород, в представленном учёными устройств анодная реакция связана с разложением гидразина на водород и азот. Это требует меньше энергии и одновременно позволяет получать дополнительный водород. Ключевым элементом устройства стал фотокатод на основе свинецсодержащего галогенидного перовскита, преобразующий солнечный свет в электрический ток. Для защиты от разрушения в морской воде его покрыли и титановой фольгой и проводящим эпоксидным композитом с частицами серебра и меди. Анод содержал катализатор на основе железа, кобальта и хрома, устойчивый к коррозии. Такой подход одновременно подавлял образование токсичных соединений хлора, которые являются одной из главных проблем при прямом электролизе морской воды. В экспериментах с искусственной и настоящей морской водой фотокатод продемонстрировал плотность фототока 25 мА/см2. При освещении, соответствующем интенсивности солнечного света у поверхности Земли в ясный день, устройство сохраняло стабильную работу более 72 часов и обеспечивало скорость образования водорода 466 мкмоль/(см2·ч). Одновременно с этим концентрация гидразина за 30 часов снизилась с 0,5 моль (около 1,6 % по массе) до всего 0,5 части на миллиард — это более чем в 20 раз ниже предельного уровня в 10 частей на миллиард, установленного Агентством по охране окружающей среды США. Учёные считают, что концепцию можно развивать не только для очистки воды от гидразина. Следующим этапом они намерены создавать катализаторы для удаления других загрязнителей и одновременно превращать отходы в полезные продукты — топливо и промышленное сырьё. Японцы создали безбатарейный электролизёр для эффективного синтеза топлива из воды, углекислого газа и солнечных лучей
13.06.2026 [10:03],
Геннадий Детинич
Учёные из Столичного университета Осаки (Osaka Metropolitan University) разработали систему искусственного фотосинтеза, которая превращает солнечный свет, воду и углекислый газ в химическое топливо и при этом не использует блок управления с аккумулятором. Такой блок обычно необходим для постоянной подстройки электролизёра под изменчивые условия освещения и окружающей среды. В японской схеме регулирование осуществляется самим электролизёром за счёт процессов естественного нагрева. 
Источник изображения: Osaka Metropolitan University Традиционно в подобных установках солнечные панели питают только электролизёр, тогда как электроника с функцией MPPT — отслеживания точки максимальной мощности — подстраивает напряжение и ток под меняющуюся освещённость. Это необходимо потому, что солнечный свет поступает на Землю неравномерно: на это влияют облачность, угол падения лучей и множество других факторов. В результате нагрев постоянно меняет режим работы системы. Обычно эта проблема решается с помощью электроники с автономным аккумуляторным питанием, что позволяет гарантировать стабильность характеристик электролизёра. Как следствие, платформа становится сложнее и дороже. Новая разработка решает эту задачу иначе: исследователи встроили твёрдый электролит с функцией авторегулирования непосредственно в электролизёр. Когда поток солнечной энергии усиливается, электролизёр нагревается, его электрическое сопротивление снижается, и ток протекает легче. Таким образом, устройство самостоятельно изменяет свои электрические характеристики и фактически выполняет функцию MPPT без внешней электроники и аккумуляторов. Испытания на открытом воздухе показали, что система стабильно производит муравьиную кислоту из CO2 и воды даже при значительных колебаниях солнечного света. По словам авторов, такой подход может упростить будущие установки искусственного фотосинтеза и приблизить их к бытовым или небольшим автономным решениям, например для хранения солнечной энергии в виде жидкого химического топлива. Пока это не готовая промышленная установка, но важный шаг к более дешёвым и менее сложным системам производства «солнечного топлива». Учёные получили водород из воды без драгоценных металлов в катализаторах
19.05.2026 [07:55],
Геннадий Детинич
В 70-80-е годы была теория заговора, что корпорации скрывают технологии водородного транспорта, чтобы зарабатывать на нефти. Сегодня получение водорода — это насущная потребность, а корпорации, почему-то, не достают из пыльных архивов секретные разработки. Всё потому, что получение водорода из воды как было дорогим, так и остаётся — в том числе, по причине использования дорогих катализаторов. Учёные из США пытаются пробить эту стену. И у них получается. 
Слева классический катализатор, справа — новый. Источник изображения: Washington University in St. Louis Открытие сделали исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) — они представили новый катализатор для электролиза воды и получения водорода. Традиционно для этого используются металлы платиновой группы, что делает производство водорода невыгодным для промышленности. Учёные из США смогли обойти этот момент, создав эффективный и недорогой катализатор без драгоценных металлов. Вместо платины команда использовала гетероструктуру на основе фосфидов рения и молибдена (Re2P/MoP). Такая комбинация обеспечивает одновременно быстрое расщепление молекул воды и эффективное накопление и отделение водорода на поверхности катализатора. Цель проекта — доступная по цене выработка «зелёного» водорода, производимого за счёт электроэнергии от солнечных и ветровых электростанций. Ключевой особенностью разработки стало управление сетью водородных связей на границе «катализатор–электролит». Исследователи обнаружили, что именно структура перехода от одного материала к другому определяет скорость переноса протонов и кинетику выделения водорода. В опубликованной работе в издании Journal of the American Chemical Society говорится, что новый катод продемонстрировал чрезвычайно низкое межфазное сопротивление и высокую скорость реакции. Система работала свыше 1000 часов при промышленных плотностях тока 1–2 А/см2, что можно считать очень серьёзным показателем для оценки долговечности электролизёров без платины. Представленная технология и композитный катализатор без драгоценных металлов хорошо показали себя в лаборатории. Теперь учёные будут пытаться масштабировать разработку до возможности производить водород в промышленных масштабах, а это будет уже совсем другая история. Немецкие учёные добились рекордного КПД при превращении солнечного света в водород
15.05.2026 [14:57],
Геннадий Детинич
Учёные из немецкого института Фраунгофера по солнечным энергетическим системам (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems) сообщили о новом мировом рекорде эффективности преобразования солнечной энергии в водород — 31,3 %. Это означает, что почти треть всей энергии падающего солнечного света была непосредственно превращена в химическую энергию водорода, а это сравнительно простой путь получения данного топлива. 
Источник изображения: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems Результат был получен на экспериментальной установке фотоэлектролизного типа, в которой солнечные элементы напрямую питают электролизёр, расщепляющий воду на кислород и водород. Работа опубликована в журнале Communications Engineering и способна вызвать большой интерес в энергетическом сообществе как важный шаг к более эффективному производству «зелёного» водорода. Ключевым элементом установки стала разработанная институтом система микроконцентрации солнечных лучей на миниатюрных фотоэлементах электролизёров (micro-CPV). Она использует массив миниатюрных линз Френеля, которые фокусируют солнечный свет на сверхэффективных четырёхпереходных фотоэлементах площадью всего около 7 мм² каждый. Материал фотоэлементов относится к III–V группам таблицы Менделеева. Такие многослойные полупроводниковые структуры способны поглощать разные участки солнечного спектра, по КПД значительно превосходя традиционные кремниевые панели. Электрическая энергия затем подаётся на два последовательно соединённых PEM-электролизёра (с протонно-обменными мембранами), обеспечивающих высокую плотность тока и быстрое выделение водорода даже при переменной солнечной освещённости. Особая ценность достижения заключается в том, что рекорд установлен в реальных уличных условиях, а не в лаборатории под искусственным освещением. Система проработала на открытом воздухе непрерывно 107 часов, продемонстрировав способность эксплуатироваться вне помещений. Ранее аналогичные системы демонстрировали около 19,8 % эффективности на открытом воздухе, тогда как отметка в 30 % достигалась лишь в строго контролируемых испытаниях на стенде. Немецким исследователям удалось точно согласовать напряжение и ток фотоэлементов с характеристиками электролизёров, минимизировав потери при преобразовании энергии. Прототип имеет небольшую апертуру — всего 64 см2, однако именно такие компактные системы позволяют быстро тестировать архитектуру будущих масштабируемых солнечно-водородных модулей. Несмотря на рекорд, технология пока находится на стадии доказательства концепции. До промышленного применения предстоит решить задачи удешевления многопереходных фотоэлементов, повышения долговечности линзовых концентраторов и создания крупных демонстрационных установок. Исследователи уже рассматривают вариант коммерциализации через стартап Clearsun Energy, который может заняться выводом подобных солнечно-водородных модулей на рынок. Если стоимость выработки водорода удастся снизить до $3 за кг и ниже, такие установки могут стать перспективным источником экологически чистого водорода для металлургии, химической промышленности и систем энергетического хранения в условиях глобального перехода к безуглеродной экономике. Японцы изменили атомарную структуру оксида марганца и сделали суперкатализатор для производства водорода
20.06.2025 [14:14],
Геннадий Детинич
Одна из глобальных целей в сфере чистой энергетики — это эффективное производство водорода с привлечением возобновляемых источников энергии. Обычно для этого используется электролиз — разложение воды на водород и кислород с использованием электрической энергии и катализаторов. Проблема состоит в дороговизне катализаторов с использованием благородных металлов. Японцы ближе всех подошли к решению задачи, для чего использовали обычный марганец. 
Источник изображения: RIKEN В последние годы наибольшую популярность приобрёл метод электролиза с протонно-обменной мембраной (PEM). Замена электролита на PEM стабилизирует выработку водорода и ускоряет его производство. Но применение мембран обходится значительно дороже и более хлопотно, поскольку в агрессивной среде мембраны быстро теряют свои свойства. Для продления их срока службы до настоящего времени в оксид марганца добавляли иридий, что резко увеличивало стоимость выработки водорода. Исследователи из Института RIKEN в Японии взяли обычный марганец и изменили его трёхмерную структуру, что вылилось в создание наиболее эффективного и экологически чистого PEM-электролизёра без использования редких металлов. Новый катализатор учёные разработали на основе оксида марганца (MnO2), изменив структуру кристаллической решётки материала таким образом, чтобы она образовывала более прочные связи с атомами кислорода. Улучшенный MnO2 оказался гораздо более стабильным, чем другие катализаторы на основе неблагородных металлов, и смог поддерживать реакцию с водой гораздо дольше, выработав на 1000 % больше водорода. Согласно опубликованному в журнале Nature Catalysis исследованию, MnO2 в 40 раз увеличивает срок службы других недорогих катализаторов. Материал более устойчив к растворению в кислоте и более стабилен во время реакции. В ходе лабораторных испытаний катализатор проработал более 1000 часов при силе тока 200 мА/см², производя в 10 раз больше водорода, чем другие материалы. Безусловно, это только начало. Предстоит ещё много работы, прежде чем новый материал можно будет использовать в промышленных электролизёрах, но исследователи считают, что их открытие сыграет решающую роль в устойчивом производстве водорода. Будущие модификации структуры марганца могут допустить ещё большее увеличение плотности тока и больший срок службы катализатора, а в долгосрочной перспективе обещают сделать возможным электролиз воды без использования иридия и других редких металлов. Платина и моча: учёные нашли рецепт для «зелёного» водорода будущего
10.05.2025 [10:30],
Геннадий Детинич
Водород рассматривается как экологически чистая альтернатива ископаемому топливу. Он сгорает без вредных выбросов и может служить аккумулятором для длительного хранения энергии. Только водород способен заменить ископаемое топливо в авиации, судоходстве и тяжёлой промышленности. Проблема в том, что экологически чистый «зелёный» водород добывается с колоссальными затратами электроэнергии, что делает его нерентабельным. Поэтому учёные ищут новые способы его получения. 
Источник изображения: University of Adelaide Австралийские учёные из Университета Аделаиды (University of Adelaide) и Центра передовых исследований и инноваций в области углерода (ARC Centre of Excellence for Carbon Science and Innovation — COE-CSI) для повышения экономической целесообразности электролиза водорода разработали процесс и установку с большей эффективностью, чем позволяют реакции с разложением только воды. Исследователи предложили получать водород из мочевины и усовершенствовали технологию его извлечения из мочи человека и сточных вод. Более того, это также решает проблему загрязнения окружающей среды и снижает выброс вредных веществ. Был создан электролизёр без дорогих полупроницаемых мембран, с катализатором на основе меди и углеродной подложки. В первых экспериментах использовался раствор чистой мочевины, полученной промышленным способом. Однако для практического применения этот подход непригоден, поскольку сама мочевина производится с большими затратами электроэнергии и сопровождается выбросами углекислого газа. Тем не менее подход оказался успешным — на электролиз водорода из раствора мочевины потребовалось значительно меньше энергии, чем при использовании чистой воды. На следующем этапе исследователи применили обычную человеческую мочу. Из-за высокого содержания в ней химически активных ионов хлора катализаторы пришлось заменить: в противном случае газообразный хлор разрушал электроды, и установка быстро выходила из строя. Выбор пал на платину — дорогостоящий, но допустимый для экспериментов вариант. Опыты показали, что электролиз водорода из мочи в новых условиях требует на 20–27 % меньше энергии, чем при использовании чистой воды. Учёные намерены найти более дешёвый катализатор и продвинуться к практической реализации технологии. |
© 1997—2026 3DNews
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
