Гибридный солнечный дистиллятор-электролизер превращает морскую воду в водородное топливо и питьевую воду.
11.04.2025
Используя солнечный свет и морскую воду, исследователи из Корнеллского университета разработали устройство под названием гибридный солнечный дистиллятор-электролизер (HSD-WE). Это устройство размером 10 на 10 сантиметров (3,94 на 3,94 дюйма) предназначено для производства экологически чистого водорода и питьевой воды путем электролиза морской воды с использованием солнечной энергии. Новаторская технология позволяет избежать выбросов углерода и одновременно обеспечить эффективное использование богатых ресурсов Земли.
Специалист Ленан Чжан, возглавляющий проект в Школе машиностроения и аэрокосмической инженерии Сибли Корнеллского университета, отметил, что нынешний образец поражает своей способностью производить 200 миллилитров водорода в час при обещающей энергоэффективности на уровне 12,6%.
Чжан подчеркнул, что вода и энергия имеют ключевое значение для повседневной жизни, однако часто для увеличения производства энергии необходимо увеличивать потребление воды. Он добавил, что в связи с нехваткой питьевой воды для двух третей населения Земли возникает проблема производства экологически чистого водорода, влияющая на его стоимость и требующая решения.
Изучаемая группа специалистов представила инновационный прототип устройства, которое решает проблему низкой эффективности фотоэлектрических солнечных панелей. В обычных условиях большинство солнечных батарей превращают только около 30% солнечного излучения в электроэнергию, оставшаяся часть превращается в тепло. Новое устройство, созданное этой командой, способно запасать значительную часть этого тепла и применять его для нагрева и испарения воды из океана. В результате, производство экологически чистого водорода становится более доступным и эффективным, так как уменьшается потребность в большом количестве чистой воды, что делает процесс более экономически выгодным.
Инновационная технология основана на использовании капиллярного фитиля, который сохраняет тонкий слой морской воды непосредственно на солнечной панели, обеспечивая эффективное нагревание и испарение, при этом удаляя соль из воды.
Полученный чистый водяной пар конденсируется и поступает в электролизер, который функционирует от энергии солнечной батареи, для разделения воды на молекулы чистого водорода и кислорода.
Эта технология представляет собой сложную интеграцию процессов опреснения, электролиза и использования солнечной энергии. Она была разработана с учетом взаимосвязей между этими процессами, включая преобразование энергии и транспортировку её различными способами, как пояснил Чжан.
Снижение цены на водород на горизонте.
Согласно Чжану, производство "зеленого" водорода сейчас обойдется в 10 долларов за килограмм.
Тем не менее, он утверждает, что благодаря обилию солнечного света и морской воды, технология, разработанная их группой, может сократить эту стоимость до 1 доллара за килограмм в период до 15 лет.
"Теперь мы можем производить достаточное количество воды, чтобы удовлетворить потребность в водороде. И еще у нас есть избыток питьевой воды. Мы решаем две проблемы одновременно", - дополнил Чжан.
Этой технологии предоставляются разнообразные возможности помимо производства водорода. Интеграция её в солнечные фермы имеет потенциал даже для охлаждения фотоэлектрических панелей, что способствует увеличению эффективности и продлению срока службы.
Мы стремимся к сокращению выбросов углекислого газа и уменьшению загрязнения окружающей среды. Вместе с тем, нам также важна стоимость, поскольку чем более доступной будет технология, тем больше её рыночный потенциал для масштабного применения.
Специалист Ленан Чжан, возглавляющий проект в Школе машиностроения и аэрокосмической инженерии Сибли Корнеллского университета, отметил, что нынешний образец поражает своей способностью производить 200 миллилитров водорода в час при обещающей энергоэффективности на уровне 12,6%.
Чжан подчеркнул, что вода и энергия имеют ключевое значение для повседневной жизни, однако часто для увеличения производства энергии необходимо увеличивать потребление воды. Он добавил, что в связи с нехваткой питьевой воды для двух третей населения Земли возникает проблема производства экологически чистого водорода, влияющая на его стоимость и требующая решения.
Изучаемая группа специалистов представила инновационный прототип устройства, которое решает проблему низкой эффективности фотоэлектрических солнечных панелей. В обычных условиях большинство солнечных батарей превращают только около 30% солнечного излучения в электроэнергию, оставшаяся часть превращается в тепло. Новое устройство, созданное этой командой, способно запасать значительную часть этого тепла и применять его для нагрева и испарения воды из океана. В результате, производство экологически чистого водорода становится более доступным и эффективным, так как уменьшается потребность в большом количестве чистой воды, что делает процесс более экономически выгодным.
Инновационная технология основана на использовании капиллярного фитиля, который сохраняет тонкий слой морской воды непосредственно на солнечной панели, обеспечивая эффективное нагревание и испарение, при этом удаляя соль из воды.
Полученный чистый водяной пар конденсируется и поступает в электролизер, который функционирует от энергии солнечной батареи, для разделения воды на молекулы чистого водорода и кислорода.
Эта технология представляет собой сложную интеграцию процессов опреснения, электролиза и использования солнечной энергии. Она была разработана с учетом взаимосвязей между этими процессами, включая преобразование энергии и транспортировку её различными способами, как пояснил Чжан.
Снижение цены на водород на горизонте.
Согласно Чжану, производство "зеленого" водорода сейчас обойдется в 10 долларов за килограмм.
Тем не менее, он утверждает, что благодаря обилию солнечного света и морской воды, технология, разработанная их группой, может сократить эту стоимость до 1 доллара за килограмм в период до 15 лет.
"Теперь мы можем производить достаточное количество воды, чтобы удовлетворить потребность в водороде. И еще у нас есть избыток питьевой воды. Мы решаем две проблемы одновременно", - дополнил Чжан.
Этой технологии предоставляются разнообразные возможности помимо производства водорода. Интеграция её в солнечные фермы имеет потенциал даже для охлаждения фотоэлектрических панелей, что способствует увеличению эффективности и продлению срока службы.
Мы стремимся к сокращению выбросов углекислого газа и уменьшению загрязнения окружающей среды. Вместе с тем, нам также важна стоимость, поскольку чем более доступной будет технология, тем больше её рыночный потенциал для масштабного применения.