Енергетична революція: сонячні панелі нового типу перетворюють пластик на водень

Сонячний реактор: від наукового концепту до промислового потенціалу

Команда дослідників із Кембриджського університету здійснила значний крок уперед у сфері екологічних технологій, продемонструвавши роботу масштабованого сонячного реактора в реальних умовах. Цей пристрій здатен переробляти пластикові відходи, зокрема звичайні пляшки з-під напоїв, на чистий водень і цінні промислові хімікати. Важливість цього досягнення полягає в тому, що науковці вперше вивели технологію за межі лабораторії, довівши її ефективність на відкритому повітрі під природним сонячним світлом. Детальні результати цього експерименту опублікував  журнал Nature Chemical Engineering.

Дивіться також Хіміки відкрили абсолютно нову молекулярну структуру: це змінить майбутнє розумних матеріалів 

Раніше вчені вже демонстрували можливість такого перетворення, проте лише в мініатюрних масштабах. Попередні лабораторні зразки мали площу лише близько 25 квадратних сантиметрів, що не дозволяло говорити про практичне застосування. Нова установка значно більша – вона займає площу в 1 квадратний метр. Випробування проводили безпосередньо біля будівлі хімічного факультету Кембриджа, що підтвердило життєздатність концепції в умовах нестабільного природного освітлення.

Коли ми почали намагатися масштабувати цю технологію, то швидко виявили: те, що здається простим у малих обсягах, стає дуже складним при спробі збільшити масштаб, 
– прокоментував один із провідних авторів дослідження Аріффін Бін Мохамад Аннуар із кафедри хімії імені Юсуфа Хаміда.

Як працює сонячна хімія?

На відміну від традиційних сонячних панелей, які виробляють електрику, кембриджський пристрій запускає пряму хімічну реакцію. У процесі, який називають фотореформінгом, сонячна енергія використовується для розщеплення води з вивільненням водню, водночас переробляючи тверді відходи на корисні продукти. 

Попередні версії подібних систем потребували дуже складних умов для роботи: високих температур, агресивних хімічних речовин або надзвичайно дорогих процесів виробництва, що часто передбачало використання великих чанів із розчинами.

Проте автори нового дослідження знайшли спосіб значно спростити цей процес. Тепер панелі можна збирати за кімнатної температури без будь-якого спеціального обладнання. Технологія передбачає нанесення спеціального світлопоглинального матеріалу на скляну панель за допомогою звичайного розпилювача, схожого на ті, що використовують для фарбування стін. Після цього поверхню покривають шаром спеціальних молекул, що містять кобальт та цирконій.

Якщо ми дійсно збираємося змінити спосіб вирішення подвійних проблем забруднення пластиком і генерації чистої енергії, ми повинні розробити дуже масштабований шлях створення цих фотокаталітичних матеріалів і реакторів – і показати, що вони справді працюють на вулиці, 
– заявив професор Ервін Рейснер, який очолював наукову групу.

Від пластику до чистого палива: економіка та перспективи

Розроблений метод розпилення покриття суттєво знижує вартість виробництва реакторів, що є критично важливим для їхнього комерційного успіху. Дослідники підтвердили, що їхній пристрій ефективно працює з різними типами відходів – від целюлози до ПЕТ-пластику, з якого виготовляють пляшки для газованих напоїв. 

Крім того, команда провела ретельний аналіз витрат, щоб оцінити реальні перспективи комерційного впровадження технології – такий аналіз зробили вперше для подібного типу досліджень.

Попри успіх, науковці визнають, що попереду ще багато роботи. Перед тим, як сонячні реактори стануть звичним явищем, дослідники мають підвищити їхню довговічність і загальну енергоефективність. Проте потенціал технології вже оцінили фахівці: інноваційний підрозділ Кембриджського університету, Cambridge Enterprise, уже подав заявку на патент.

Дослідницьку роботу частково підтримали Державний департамент науки, інновацій та технологій Великої Британії, Королівська інженерна академія та компанія Petronas. Успіх кембриджських хіміків доводить, що вирішення глобальних екологічних криз може бути значно простішим і дешевшим, ніж вважали раніше, якщо підійти до проблеми з правильним інженерним рішенням.