Энерго эффективность

Реальный эксперимент: слева — нитридный полупроводник, справа — металлический катализатор. Изменение цвета индикатора с жёлтого на синий (справа) показывает, что процесс идёт (изображение: Panasonic / Business Wire)

Компания Panasonic анонсировала фотосинтетическую систему, которая конвертирует диоксид углерода в органические продукты с мировым рекордом эффективности в 0,2%. Причём источником энергии служит чистый солнечный свет.

Тем, кто улыбнулся, глядя на эти самые 0,2%, спешим сообщить: это сравнимо с эффективностью живых растений (читай — кукурузы), биомасса которых используется для получения энергии. Ключевым компонентом установки служит нитридный полупроводник, делающий всю систему простой и действенной.

Не будем повторять банальности о выбросах парникового газа, сразу же перейдём к фотосинтезу. Искусственный фотосинтез имеет целью проведение прямой конверсии CO₂ в органические продукты, которые затем можно было бы использовать в качестве горючего (подобный подход решает две проблемы: исключает накопление парникового газа и в меру сил служит замене ископаемых источников энергии). Прежние системы искусственного фотосинтеза (СИФ) нельзя было назвать ни простыми, ни эффективными из-за использования органических комплексов или многочисленных фотоэлектродов: как тут добьёшься «дальнейшего увеличения КПД»?

СИФ, созданная компанией Panasonic, отличается от предшественников простотой конструкции и высокой эффективностью конверсии CO₂ при использовании прямых солнечных лучей или сфокусированного солнечного света.

Схема системы искусственного фотосинтеза, предложенная компанией Panasonic (изображение: Panasonic / Business Wire)

Учёные обнаружили, что нитридный полупроводник (ясно, без дополнительных подробностей) обладает способностью возбуждать электроны до энергии, достаточно высокой, чтобы осуществить реакцию восстановления CO₂. Вообще говоря, нитридные полупроводники давно притягивают к себе внимание благодаря возможности их потенциального использования в высокоэффективных оптических устройствах и блоках питания, так как этот тип полупроводников позволяет экономить энергию. Однако настоящий их потенциал раскрылся, пожалуй, только теперь, когда стало ясно, что эти материалы хороши в качестве фотоэлектродов для восстановления CO₂. Для обеспечения максимально возможной производительности таких электродов их изготовили в виде тонких плёнок, при этом само восстановление диоксида углерода происходит на обратной стороне нитридного полупроводникового фотоэлектрода с помощью металлического катализатора. Последний принципиально важен, поскольку обеспечивает высокую скорость и селективность протекающей реакции.

Любопытно, что эта СИФ состоит только из неорганических материалов и максимально проста на физическом уровне (то есть здесь нет всех этих внутрисистемных электронных переходов, необъяснимых потерь и т. п.), за счёт чего количество получаемого органического продукта реакции (муравьиная кислота) всегда строго пропорционально энергии падающего света.

И краткий итог. Основным продуктом системы «металлический катализатор — нитридный полупроводник» является муравьиная кислота, получаемая из CO₂, воды и света с эффективностью 0,2%, что является мировым рекордом для аналогичных СИФ и сравнимо с «КПД» растений, биомасса которых используется в качестве источника энергии. Скорость реакции искусственного фотосинтеза пропорциональна энергии падающего света благодаря низким потерям энергии и простоте конструкции. Другими словами, СИФ способна адекватно откликаться на сфокусированный свет (то есть совершенно бесплатно можно резко увеличить скорость выхода продукта).

Ну а предназначена разработка для захвата и конверсии CO₂ в заводских выбросах.

www.computerra.ru со ссылкой на Panasonic