Вы можете в это поверить? Ни воды, ни электричества — только солнечный свет и воздух используются для получения водорода «из воздуха». Эта революционная технология была представлена китайскими учёными 19 августа в престижном журнале «Advanced Materials».

Именно так. Независимая от внешних источников воды и электросети, эта новаторская самодостаточная система действует как «энергетическое дерево», которое дышит: укоренившись в воздухе, оно купается в солнечном свете и обеспечивает непрерывную подачу чистой водородной энергии.

I. «Ахиллесова пята» «зелёного» водорода

Сегодня, в условиях от стремления к углеродной нейтральности до энергетического кризиса, потребность в чистой энергии выше, чем когда-либо. Водород, обладающий высокой энергетической плотностью и имеющий воду в качестве единственного побочного продукта сгорания, широко признан идеальным топливом XXI века.

Однако идеал зачастую далёк от реальности.

В настоящее время самым экологически чистым способом производства «зелёного водорода» является электролиз воды. Но у него есть серьёзный недостаток: крайняя зависимость от воды высокой чистоты.

Для производства 1 кг водорода требуется примерно 9 кг чистой воды. Это означает, что регионы, наиболее нуждающиеся в энергии и обладающие наибольшим количеством солнечного света — такие как обширные внутренние и пустынные районы — являются именно теми местами, где наиболее остро стоит проблема нехватки воды, что делает водородную энергетику там крайне непрактичной.

Эта проблема, которая долгое время ставила в тупик учёных по всему миру, теперь была изящно решена китайской командой.

II. Рождение удивительного генератора водорода из воздуха!

Исследователи из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук гениально объединили две, казалось бы, не связанные между собой технологии:

добычу воды из атмосферы (AWH) и электролиз воды с использованием протонно-обменной мембраны (PEMWE).

Им удалось создать удивительный «генератор водорода из воздуха». В его основе лежит кусок чёрного, на первый взгляд обычного углеродного материала. Но не дайте себя обмануть — он обладает двумя ключевыми способностями.

• Первая способность: превращаться в «маньяка по поглощению воды»

Этот материал, известный как «гидрофильный упорядоченный пористый углерод» (HOC), по сути представляет собой «супергубку», предназначенную для поглощения влаги из воздуха.

o Внутренний «суперлабиринт»: его внутреннее пространство заполнено бесчисленными порами разного размера, образующими сложную «иерархически упорядоченную пористую структуру». Это похоже на огромный и запутанный лабиринт, позволяющий молекулам воды из воздуха проникать внутрь, но не дающий им легко выбраться!

o Поверхность, покрытая «медом»: благодаря специальной обработке учёные «вырастили» на поверхности материала большое количество гидрофильных «кислородосодержащих функциональных групп». Это словно губка, покрытая мёдом: водяной пар из воздуха непреодолимо притягивается к ней, что значительно повышает эффективность адсорбции.

Насколько велика водопоглощающая способность этой губки? Экспериментальные данные показывают, что при относительной влажности 40 % 1 кг материала может «улавливать» из воздуха 0,49 литра воды в час — это эквивалентно полной бутылке воды!

Второй прием: мгновенный «нагрев»

Если поглощение воды — это первый шаг, то второй заключается в том, как «выжать» эту воду для получения водорода.

Ответ, опять же, таков: с помощью солнца!

Этот углеродный материал не только отлично поглощает воду, но и «профессионально поглощает тепло». Будучи черным материалом, он поглощает до 98 % солнечной энергии и быстро нагревается при воздействии солнечных лучей. Под воздействием солнечного света его температура может подняться до 60,6 °C всего за 30 секунд!

«Губка» мгновенно превращается в «высокотемпературную сауну», быстро испаряя захваченные молекулы воды в водяной пар высокой чистоты. Этот пар напрямую поступает в соседнюю миниатюрную электролизную установку без необходимости применения каких-либо внешних сил.

Наконец, при питании от солнечных панелей этот водяной пар «разделяется» посредством электролиза, и чистый водород непрерывно выделяется пузырьками.

В то время как другим приходится искать воду для получения водорода, им достаточно просто дождаться ветра — главное, чтобы в воздухе содержалась влага.

III. От лаборатории к полевым испытаниям: поразительная производительность!

В ходе полевых испытаний, проведённых в Австралии, система продемонстрировала замечательную стабильность.

В течение всего дня испытаний система работала исключительно за счёт естественного солнечного света. В полдень, при максимальной интенсивности солнечного излучения, скорость производства водорода достигла 204 мл/ч.

Самым впечатляющим является то, что система продемонстрировала исключительную адаптивность к окружающей среде. Она продолжала работать даже в условиях крайней засухи при относительной влажности всего 20%!

Что это означает?

Это означает, что даже на окраинах пустыни Сахара, если там не царит полная засуха, эта установка может непрерывно производить водород! Это полностью освобождает производство водорода от зависимости от географических источников воды, таких как реки, озёра и моря.

На протяжении всего процесса единственным источником «энергии» является солнечный свет, а единственным «сырьем» — воздух. Это представляет собой идеальный экологически чистый замкнутый цикл, позволяющий действительно достичь нулевых выбросов углерода, нулевого загрязнения и нулевого дополнительного потребления.

Значение этого исследования выходит далеко за рамки публикации в научном журнале. Оно открывает чрезвычайно перспективный и реалистичный путь для развертывания инфраструктуры экологически чистой водородной энергетики в регионах мира, испытывающих дефицит воды.

Представьте себе будущее: по всей территории обширных пустынь Гоби, на отдалённых островах и даже в засушливых регионах Африки могут быть развернуты бесчисленные децентрализованные установки по производству водорода, подобные этой. Они будут возвышаться, словно безмолвные, но мощные технологические деревья, тихо преобразуя солнечный свет и воздух в динамическую энергию, которая движет нашим будущим.

Когда-то мы взирали на звёзды в поисках будущего энергетики. Теперь китайские учёные показывают нам, что будущее, возможно, заключается в каждом нашем вздохе.