Ученые в Индии превращают солнечный свет в топливо — технология зеленого водорода может обеспечить энергией дома и автомобили

Нью-Дели: В разработке, которая может значительно продвинуть амбиции Индии в области зеленого водорода, ученые из Центра наук о нано и мягких веществах (CeNS) в Бангалоре разработали и испытали устройство следующего поколения, которое производит зеленый водород путем прямого расщепления молекул воды с использованием солнечного света и распространенных на Земле материалов. В отличие от традиционного пути, когда солнечные панели генерируют электричество, которое питает электролизер для расщепления воды, эта новая система использует прямой фотоэлектрохимический (ПЭК) процесс. Здесь сам солнечный свет запускает реакцию расщепления воды, устраняя необходимость во внешнем источнике питания или резервном источнике на основе ископаемого топлива. Это делает процесс проще, эффективнее и потенциально дешевле. Исследование, возглавляемое доктором Ашутошем К. Сингхом и его командой в CeNS — автономном институте при Департаменте науки и технологий (DST), — сосредоточено на создании устойчивой и масштабируемой системы для производства зеленого водорода. Работа была опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry A Королевского химического общества. В основе инновации лежит новый фотоанод на основе кремния с архитектурой гетероперехода nip. Он включает слои диоксида титана n-типа (TiO₂), собственного кремния (Si) и оксида никеля p-типа (NiO). Структура усиливает поглощение света, улучшает разделение заряда и обеспечивает эффективный перенос заряда, что критически важно для прямого преобразования солнечной энергии в водород. Материалы были нанесены с помощью магнетронного распыления, тонкопленочной технологии промышленного масштаба, известной своей точностью наслоения и структурной стабильностью. Устройство работало в условиях щелочного электролита и сохраняло структурную целостность в течение продолжительных часов использования. Прототип достиг поверхностного фотонапряжения 600 милливольт и низкого начального потенциала 0,11 вольт по сравнению с обратимым водородным электродом (VRHE), что указывает на высокую фотоэлектрохимическую эффективность и низкий энергетический порог. Он непрерывно работал более 10 часов в условиях имитированного солнечного облучения с падением производительности всего на 4%. «Гетероструктура была специально разработана для максимизации эффективности PEC при сохранении долгосрочной стабильности», — сказал доктор Сингх. «Это приближает нас к созданию практичных водородных систем без ископаемого топлива». Чтобы продемонстрировать масштабируемость, команда протестировала фотоанод площадью 25 см², который эффективно работал в условиях солнечного расщепления воды. Это масштабирование показывает перспективность перехода от лабораторных к пилотным приложениям и, возможно, к коммерческому производству водорода. Конструкция устройства не содержит редкоземельных или дорогостоящих катализаторов, не требует высокого давления или температуры и совместима с различными химическими составами литий-ионных аккумуляторов для интеграции возобновляемых хранилищ, что делает его гибким и экономически выгодным. Инновация поддерживает цели Индии в области чистой энергии в рамках Национальной миссии по зеленому водороду и Aatmanirbhar Bharat. Производя зеленый водород непосредственно из солнечного света, не полагаясь на электричество или импортные материалы, устройство способствует энергетической самодостаточности и углеродно-нейтральным альтернативным видам топлива для мобильности, производства электроэнергии и промышленности. По данным DST, такие прорывы могут ускорить лидерство Индии в области солнечно-водородных технологий и помочь построить децентрализованные водородные хабы с локализованными энергетическими экосистемами. Команда CeNS изучает дальнейшие пути масштабирования, отраслевые партнерства и интеграцию в существующую водородную инфраструктуру. Они также планируют испытать устройство в различных климатических условиях, чтобы оценить долгосрочные эксплуатационные характеристики по всей Индии. В случае успеха технология может помочь построить круглосуточные системы возобновляемой энергии, особенно в секторах, где прямая электрификация затруднена, предлагая новый путь к доступному и местному зеленому водороду в масштабе.

долгосрочное применение в полевых условиях.