Эффективное использование света для химической промышленности, работающей на солнечной энергии, это возможно?

04.02.2019

Доцент университета RMIT Даниэль Гомес
Доцент университета RMIT Даниэль Гомес держит в руке диск, покрытый нано-улучшенным палладием.
Солнечная энергия в наши дни, это не только солнечные батареи и солнечные коллекторы. Исследователи из Университета RMIT работают над новой технологией, которая использует солнечный свет для стимулирования химических реакций, и тем самым прокладывает путь к стабильности и экологичности в химической промышленности, одному из крупнейших потребителей энергии в мире.
Не так давно они разработали материал с наноусилением, который может захватывать невероятные 99% света и преобразовывать его в мощные химические реакции. Эта инновация не только минимизирует воздействие химического производства на окружающую среду. Она же однажды может быть использована для таких технологий, как улучшенные инфракрасные камеры и опреснение воды на солнечной энергии.
Опубликованное в ACS Applied Energy Materials исследование посвящено проблеме поиска альтернативных источников энергии для химического производства, на долю которого приходится целых 10% мирового потребления энергии.
Ведущий исследователь, доцент Университета RMIT Дэниел Гомес сказал, что новая технология максимизирует поглощение света для эффективного преобразования энергии света в химическую энергию.
«Химическое производство - энергоемкая отрасль, потому что традиционные каталитические процессы требуют интенсивного нагрева и давления для стимулирования реакций. Большая проблема перехода к более устойчивому будущему в том, что многие материалы, которые лучше всего подходят для разжигания химических реакций, недостаточно чувствительны к свету.
Фотокатализатор, который мы разработали, может улавливать 99% света по всему спектру и 100% определенных цветов. Это масштабируемая технология, которая открывает новые возможности для использования солнечной энергии. Солнечные фотоэлементы  не понадобятся, ведь это - переход от производства электроэнергии к прямому преобразованию солнечной энергии в ценные химические вещества» - сказал он.
Исследования были сосредоточены на палладии, элементе, который отлично справляется с химическими реакциями, но обычно не очень чувствителен к свету. Управляя оптическими свойствами нано частиц палладия, исследователи смогли сделать материал максимально чувствительным к свету.
Палладий является материалом редким и дорогостоящим, но этот метод требует его в минимальном объеме - 4 нанометров палладия с наноусилителем достаточно для поглощения 99% света и достижения химической реакции. Для сравнения, человеческий волос имеет толщину 100 000 нанометров.
Эта инновация могла бы получить дальнейшее развитие в ряде других сфер, включая технологии ночного видения, путем создания более чувствительных к свету и более четких изображений.
Еще одна потенциальная сфера ее использования – это опреснение воды. Нано-улучшенный материал может быть помещен в соленую воду, а затем подвергнут воздействию солнечного света. Так он произведет достаточно энергии для кипячения и испарения воды, отделяя ее от соли.
Дэниел Гомес, который возглавляет Polaritonics Lab в RMIT, сказал, что новая технология может значительно увеличить выход в развивающемся секторе фотокатализа, поскольку ведущие фирмы в настоящее время производят около 30 кг продукта каждый день, используя свет в качестве движущей силы.
«Мы все полагаемся на продукцию химической промышленности - от пластмасс и лекарств до удобрений и материалов, которые создают цвета на цифровых экранах. Но так же, как иные отрасли, она в настоящее время подпитывается углеродом.
Наша конечная цель состоит в том, чтобы применять новую технологию для эффективного использования солнечного света и преобразования солнечной энергии непосредственно в химические вещества, с целью превращения этой жизненно важной отрасли в отрасль, которая может быть «зеленой», возобновляемой и стабильно развивающейся» - отметил ученый.