Американские химики изобрели способ получения водорода из воды с помощью солнечной энергии. Благодаря этому скоро появится недорогая альтернатива мазуту, бензину и углю.
Профессор Массачусетского технологического института (МТИ) Даниэль Носера и аспирант Мэтью Кэнан впервые сделали процесс электролиза воды (расщепления ее на кислород и водород под воздействием электричества) экономически эффективным. Благодаря этому добыча водорода – неисчерпаемого вида топлива – может стать настолько дешевой, что о глобальном потеплении из-за выбросов углекислого газа можно будет забыть.
Спасительный кобальтО своем изобретении ученые объявили еще в августе, однако подробности технологии научный журнал института Technology Review раскрыл только сейчас.
Расщеплять воду ученые умеют давно. Правда, этот процесс до недавнего времени был очень дорогим. Ведь для его эффективности, чтобы использовалось меньшее электрическое напряжение, химики вынуждены добавлять катализаторы, ускоряющие реакцию. Из существующих элементов на роль катализатора до сих пор годились лишь рутений и платина, а сама реакция требовала определенных температурных условий и давления.
Даниэль Носера догадался использовать не платину, а значительно более дешевый кобальт. Он поместил электроды из окиси индия и олова в водный раствор, содержащий ионы кобальта и фосфат калия, получив таким образом недорогой катализатор. «Мы долго меняли различные вещества, чтобы провести реакцию катализа, и неожиданно нашли правильное сочетание этих веществ», – признается Носера.
Поскольку в процессе реакции происходит частичное восстановление катализатора, устройство Носера является самым долговечным из аналогов – необходимо лишь подливать воду и подавать электроток. К тому же в этих условиях вода расщепляется уже при комнатной температуре и нейтральной среде.
Пока что это доступно только в лабораторных условиях. Но скоро в качестве источника электричества для электролиза можно будет использовать домашнюю солнечную батарею, что позволит ученым говорить об изобретении искусственного фотосинтеза. А полученного за два с половиной часа водорода хватит на обогрев дома и заправку автомобиля.
Выход из лабораторииИзобретение получило много лестных отзывов от ученых со всего мира. Правда, ряд скептиков называет успехи Носеры и Кэнана преувеличенными. «Утверждение, что он изобрел искусственный фотосинтез – сумасшедшее», – восклицает бывший научный руководитель Носеры Томас Мейер. – Пока катализатор не заработает на практике, это все еще научные поиски».
Многие критики указывают, что лаборатория Носеры не может так же быстро расщеплять воду на составные элементы, как коммерческие электролизеры (аппараты для проведения электролиза). Химики из МТИ достигли показателя 10 миллиампер на квадратный сантиметр, в то время как коммерческие электролизеры имеют показатели в сотни раз выше. «Чтобы их изобретение использовалось на практике, плотность тока должна быть в 800–2000 раз больше», – говорит Джон Тернер из Национальной лаборатории возобновляемой энергетики (США).
Другие эксперты критикуют сам принцип работы изобретения Носеры: преобразование солнечного света в электричество, затем в топливо и наконец обратно в электричество. По их мнению, это не эффективно, и для получения дешевой возобновляемой энергии предпочтительнее работать над увеличением эффективности уже существующих солнечных батарей.
Вице-президент Агентства по возобновляемой энергетике Андрей Конеченков в комментарии «24» высказал сомнение в возможности внедрения данной технологии в промышленности: «В лаборатории можно много чего сделать, а вот для расщепления воды на кислород и водород в больших объемах необходимы высокие температуры».
Вопрос на 40 летТем не менее Носера верит, что именно вода в сочетании с солнечным светом должна стать главным источником возобновляемой энергии. «Я считаю, что в течение ближайших 20 лет будут созданы конкурентоспособные технологии и материалы, обеспечивающие эффективную переработку и хранение солнечной энергии, – рассказал он в одном из последних интервью американской прессе. – Далее все упрется в вопрос, насколько быстро человечество сможет осуществить масштабную перестройку экономики под солнечную энергетику, на что уйдет еще 10–20 лет. В целом, полагаю, массовый переход на солнечную энергетику может произойти примерно через 40 лет».
Ученые уже начинают искать применение массачусетскому изобретению. Химик Михаэль Гретцель из Федерального технологического института (Швейцария) уже предлагает интегрировать с катализатором Носеры свою солнечную батарею, что должно увеличить эффективность устройства. К тому же это может значительно удешевить его - батарея Гретцеля, несмотря на свой низкий КПД, является самой дешевой в мире.
Дэниэль Носера продолжает исследования и, кроме попыток повысить эффективность своего изобретения, пытается расщепить подобным образом морскую воду. Если у него получится, то пыл скептиков заметно остынет – на волне грядущего водного и энергетического кризисов это изобретение будет как никогда кстати.
Упование на водородИнтерес к водороду как энергоносителю более чем оправдан. Его запасы практически неограниченны, он полностью сгорает в кислороде, его легко транспортировать по трубопроводам на любые расстояния.
Им всерьез заинтересовались во время первого нефтяного кризиса 1970-х. Уже к концу 1990-х годов в мире появилось множество прототипов автомобилей на водородном топливе.
Однако производство водорода достаточно дорогостоящее, поэтому ученые пытаются найти более дешевые способы его получения. В декабре 2007-го эксперты из Университета Пенсильвании заявили о создании технологии, позволяющей массово перевести автомобили на водород. В августе 2008 г. об том же заявили и химики из Университета Огайо. Все равно сейчас стоимость водородного топлива достаточно высока – $5 за галлон (3,4 л) или $1 за 1,6 км пробега.
