Водород давно прочат в качестве замены ископаемому топливу, вот только добывать его традиционным электролизом не слишком рентабельно: нужно электричество и дорогое оборудование. Альтернативой может стать использование для расщепления молекул воды солнечной энергии. Специалисты из Германии разработали модульное фотокатолитическое решение, позволяющее автономно и эффективно вырабатывать водород. Модуль поддерживает простое масштабирование — со 100 м² модулей можно получить 30 кг водорода в год, что обеспечит среднему легковому автомобилю пробег 15-20 тыс. км.
В основе разработки ученых из Института им. Фраунгофера — тандемные фотоэлектрохимические ячейки, собранные в модули. Они напоминают солнечные панели, но с одним важным отличием: все выработанное электричество расходуется на процесс электролиза, который происходит в том же модуле, рассказывает сайт Института.
Для изготовления тандемного модуля инженеры покрыли стандартные стеклянные модули с обеих сторон полупроводниковый материалом. Этот материал поглощает короткие волны света, а длинные проходят насквозь и поглощаются с обратной стороны. С этой же стороны, или со стороны катода вырабатывается водород, с противоположной — кислород.
Опытным путем исследователи подобрали полупроводниковый материал оптимального качества, который нанесли методом осаждения из газообразной фазы. Толщина пластины увеличилась всего на несколько нанометров. Фотогальванический элемент, привязанный к модулю, обеспечивает дополнительное напряжение, которое усиливает реакцию электролиза.
В результате получился реактор с активной площадью поверхности 50 см². Комплекс таких модулей общей площадью 100 м² под европейским солнцем может вырабатывать более 30 кг водорода в год. Легковому автомобилю этого водорода должно хватить на 15-20 тысяч км.
«С точки зрения размеров тандемного элемента, мы ограничены тем фактом, что модуль расщепляет воду напрямую, но электричеству также необходимо для этого пройти от одной стороны модуля к другой. Если увеличить площадь модуля, растущее электрическое сопротивление станет оказывать на систему неблагоприятное воздействие, — отметил Арно Герне, руководитель исследовательской команды. — Так что в нынешних условиях, существующий формат оптимален. Он стабильный, надежный и существенно больше, чем любое аналогичное решение».
