Новая система, работающая на солнечной энергии, снижает себестоимость водорода до 1,54 доллара за килограмм, заменяя одну из самых энергоемких стадий электролиза использованием сахаров, получаемых из сельскохозяйственных отходов.
Разработка выполнена учеными Китайского сельскохозяйственного университета и Наньянского технологического университета.
Классический электролиз расщепляет воду на водород и кислород. При этом производство кислорода требует значительных энергозатрат и не приносит дополнительной экономической выгоды. Именно эта стадия делает «зеленый» водород в три—пять раз дороже «серого», получаемого из метана.
В новой системе кислородная реакция полностью исключена. Вместо нее используется окисление глюкозы, получаемой из сельскохозяйственных отходов — например, хлопковых стеблей и пшеничной соломы. Это позволяет снизить рабочее напряжение реакции примерно на 400 милливольт по сравнению со стандартным электролизом воды.
Дополнительным преимуществом стало образование формиата — ценного химического продукта, применяемого в кожевенной и резиновой промышленности. Его рыночная стоимость составляет около 4,63 доллара за килограмм, что дополнительно компенсирует затраты на производство водорода.
Ключевую роль в системе играет катализатор на основе оксигидроксида кобальта, легированного 5% меди. Медь действует как молекулярный регулятор, направляя реакцию таким образом, что около 80% молекул глюкозы превращаются в формиат, а не в углекислый газ.
Отказ от кислорода позволил создать безмембранную конструкцию, устраняющую риск образования взрывоопасных газовых смесей и снижая стоимость оборудования за счет отказа от разделительных мембран.
Важным результатом стало то, что система стабильно работает не только с очищенными реагентами, но и с сырыми экстрактами сельхозотходов. При использовании концентрированного солнечного света от трехслойного фотоэлемента установка достигла производительности 519 микромолей водорода в час на квадратный сантиметр, что является одним из лучших показателей для подобных систем.
При достигнутой себестоимости технология открывает путь к применению «зеленого» водорода в тяжелой промышленности — металлургии, химическом производстве и судоходстве, где декарбонизация ранее считалась экономически недоступной.
Авторы отмечают, что их работа демонстрирует возможность одновременного производства чистого водорода и переработки биомассы в промышленное химическое сырье, что делает технологию перспективной для масштабного внедрения в энергетике и промышленности.
