Энергетическая революция: солнечные панели нового типа превращают пластик в водород

Солнечный реактор: от научной концепции к промышленному потенциалу

Команда исследователей из Кембриджского университета сделала значительный шаг вперед в сфере экологических технологий, продемонстрировав работу масштабируемого солнечного реактора в реальных условиях. Это устройство способно перерабатывать пластиковые отходы, в частности обычные бутылки из-под напитков, в чистый водород и ценные промышленные химикаты. Важность этого достижения заключается в том, что ученые впервые вывели технологию за пределы лаборатории, доказав ее эффективность на открытом воздухе под естественным солнечным светом. Подробные результаты этого эксперимента опубликованы в журнале Nature Chemical Engineering.

Смотрите также Химики открыли совершенно новую молекулярную структуру: это изменит будущее "умных" материалов

Ранее учёные уже демонстрировали возможность такого преобразования, однако только в миниатюрных масштабах. Предыдущие лабораторные образцы имели площадь всего около 25 квадратных сантиметров, что не позволяло говорить о практическом применении. Новая установка значительно больше – она занимает площадь в 1 квадратный метр. Испытания проводились непосредственно возле здания химического факультета Кембриджа, что подтвердило жизнеспособность концепции в условиях нестабильного естественного освещения.

"Когда мы начали пытаться масштабировать эту технологию, то быстро обнаружили: то, что кажется простым в небольших объемах, становится очень сложным при попытке увеличить масштаб", 
– прокомментировал один из ведущих авторов исследования Ариффин Бин Мохамад Аннуар с кафедры химии имени Юсуфа Хамида.

Как работает солнечная химия?

В отличие от традиционных солнечных панелей, которые производят электричество, кембриджское устройство запускает прямую химическую реакцию. В процессе, который называют фотореформированием, солнечная энергия используется для расщепления воды с выделением водорода, одновременно перерабатывая твёрдые отходы в полезные продукты.

Предыдущие версии подобных систем требовали очень сложных условий для работы: высоких температур, агрессивных химических веществ или чрезвычайно дорогих производственных процессов, что часто предполагало использование больших чанов с растворами.

Однако авторы нового исследования нашли способ значительно упростить этот процесс. Теперь панели можно собирать при комнатной температуре без какого-либо специального оборудования. Технология предусматривает нанесение специального светопоглощающего материала на стеклянную панель с помощью обычного распылителя, похожего на те, что используют для покраски стен. После этого поверхность покрывают слоем специальных молекул, содержащих кобальт и цирконий.

Если мы действительно собираемся изменить подход к решению двойной проблемы загрязнения пластиком и производства чистой энергии, мы должны разработать масштабируемый способ создания этих фотокаталитических материалов и реакторов – и показать, что они действительно работают в реальных условиях, 
– заявил профессор Эрвин Рейснер, возглавлявший научную группу.

От пластика к чистому топливу: экономика и перспективы

Разработанный метод напыления покрытия существенно снижает стоимость производства реакторов, что критически важно для их коммерческого успеха. Исследователи подтвердили, что их устройство эффективно работает с различными типами отходов – от целлюлозы до ПЭТ-пластика, из которого изготавливают бутылки для газированных напитков.

Кроме того, команда провела тщательный анализ затрат, чтобы оценить реальные перспективы коммерческого внедрения технологии – такой анализ был проведен впервые для подобного типа исследований.

Несмотря на успех, ученые признают, что впереди еще много работы. Прежде чем солнечные реакторы станут привычным явлением, исследователям предстоит повысить их долговечность и общую энергоэффективность. Тем не менее потенциал технологии уже оценили специалисты: инновационное подразделение Кембриджского университета, Cambridge Enterprise, уже подало заявку на патент.

Исследовательскую работу частично поддержали Государственный департамент науки, инноваций и технологий Великобритании, Королевская инженерная академия и компания Petronas. Успех кембриджских химиков доказывает, что решение глобальных экологических кризисов может быть значительно проще и дешевле, чем считалось ранее, если подойти к проблеме с правильным инженерным решением.