Ученые Сингапура создали устройство для получения водорода из морской воды

Специалисты Технологического университета Наньян в Сингапуре представили солнечное устройство, способное вырабатывать водород непосредственно из морской воды. Параллельно система осуществляет анализ токсичного промышленного загрязнителя — гидразина. Исследователи характеризуют эту технологию как двухцелевой подход, объединяющий производство чистого топлива с очисткой сточных вод за счет использования солнечного света для питания химических реакций.

Концепция аппарата вдохновлена механизмом поглощения света листьями деревьев. Система функционирует автономно, не требуя внешних источников энергии: солнечная радиация обеспечивает электричеством процессы, позволяющие одновременно синтезировать водород и нейтрализовать примеси в воде. По данным источника, такое решение повышает устойчивость процесса за счет отказа от пресной воды и затрат на удаление соли.

Новый катализатор меняет реакцию

Традиционное получение «зеленого» водорода методом электролиза сталкивается с проблемами при использовании морской воды: хлорид-ионы нарушают процесс, а образующиеся токсичные и коррозионные соединения хлора повреждают электроды. Группа под руководством профессора Лидии Вонг из факультета материаловедения и инженерии решила эти задачи путем модификации реакции на аноде (положительном электроде). Здесь установлен катализатор из железа, кобальта и хрома, который разлагает гидразин на водород и азот.

Поскольку данный процесс требует меньше энергии, чем выделение кислорода при классическом электролизе воды, общая энергозатратность системы снижается. Анод выполняет двойную функцию: удаляет гидразин из раствора и генерирует дополнительный водород, совмещая очистку загрязнителя с топливным производством в одном цикле.

Электрод, поглощающий солнечный свет

Катод (отрицательный электрод) изготовлен из перовскита на основе галогенидов свинца — полупроводниковых материалов, преобразующих солнечный свет в электричество. Для защиты катода от разрушения использованы титановые фольги и проводящая эпоксидная смола с частицами серебра и меди. Тестирование на имитированной и реальной морской воде показало стабильную генерацию тока при освещении с плотностью 25 мА/см².

Устройство работало более 72 часов при освещенности, эквивалентной солнечному дню на поверхности Земли. Скорость производства водорода составила 466 мкмоль/см²/час, что сопоставимо с показателями других солнечных энергетических систем, отмечают исследователи.

Снижение уровня гидразина до минимума

Система продемонстрировала эффективность в очистке сточных вод, разлагая гидразин напрямую без предварительного отделения загрязнителя. За 30 часов концентрация вещества снизилась с 0,5 моляр (около 1,6% по весу) до 0,5 части на миллиард. Этот уровень более чем в 20 раз ниже допустимой нормы Агентства по охране окружающей среды США, составляющей 10 частей на миллиард.

Профессор Вонг заявила в пресс-релизе, что двухфункциональное устройство представляет качественный скачок в экологических технологиях, решая проблемы энергетики и загрязнения одновременно за счет эффективного использования солнечной энергии. Джеймс Дюрант, профессор фотохимии и устойчивой энергетики Оксфордского университета, не участвовавший в исследовании, отметил значимость доказательства практической жизнеспособности многофункциональных фотоэлектрохимических систем. По его мнению, такие двухцелевые подходы будут играть растущую роль во внедрении технологий солнечного топлива, где экономическая ценность и экологический эффект должны идти рука об руку.

В настоящее время команда работает над созданием катализаторов, способных таргетировать другие загрязнители и трансформировать отходы в полезные продукты, включая топливо и промышленные химикаты.