Безопасную и экологичную энергоустановку, принцип работы которой объединит использование энергии солнца и водорода, создают ученые Технологического факультета и НИИ «Нанотехнологии и новые материалы» ЮРГПУ(НПИ). Над проектом в рамках реализации гранта РНФ «Новые фотоэлектрохимические устройства и технологии для водородной энергетики» на 2020 – 2023 годы, работает группа исследователей под руководством доцента кафедры «Химические технологии», кандидата технических наук А. Б. Куригановой.
- Наши исследования – это продолжение тех работ, которые мы начали в лаборатории д.х.н. Нины Владимировны Смирновой и реализуемых сегодня в рамках Центра компетенций НТИ при ИПХФ РАН по технологиям новых и мобильных источников энергии. А именно, это разработка технологий создания компонентов водородных топливных элементов, - рассказала Александра Борисовна. - В этом проекте объединились наши компетенции, начиная от создания электро- и фотоактивных материалов и до создания энергоустановки на водородных топливных элементах.
Сейчас завершен первый из трех запланированных этапов работы над проектом в рамках гранта. Перед молодыми политехниками стоит сложная, но крайне интересная задача – создание фотоэлектрохимической энергоустановки на обратимых топливных элементах.
- Сегодня внимание многих исследователей приковано к водородным топливным элементам. Это ключевое звено целого ряда исследований, такие топливные элементы перерабатывают химическую энергию водорода в электрическую, - рассказывает А.Б. Куриганова. – Но водород для топливных элементов нужно откуда-то брать. Весь водород, который используется в современном мире, классифицируют по цветам, в зависимости от объема выбросов CO2, которые происходят при его получении. И большая часть этого вещества на данный момент – это «коричневый» и «серый! Добыча такого водорода связана с производством большого количества CO2, попадающего в атмосферу. Наша задача – перейти к получению абсолютно чистого «зеленого» водорода путем электролиза – распада воды на кислород и водород. При этом не происходит выбросов CO2 в атмосферу, экология не страдает. Но для работы электролизера нужно тоже где-то брать энергию! И в рамках водородной энергетики предлагается следующая технологическая цепочка: солнечная панель, преобразует солнечную энергию в электричество, это электричество питает электролизер, который, в свою очередь разлагает воду на кислород и водород, который поступает в топливный элемент, а топливный элемент преобразует водород в электричество. То есть, пока в составе цепочки работают три разных устройства: солнечная панель, электролизер, топливный элемент. Задача наших ученых – сократить эту цепочку до одного устройства.
- По нашей задумке это будет энергоустановка, которая днем, под действием солнечного света, будет разлагать воду на водород и кислород (то есть работать в режиме электролизера), а ночью, в режиме топливного элемента, преобразовывать накопившийся водород в электричество. Это будет простое, безопасное, экономичное устройство, - говорит руководитель группы разработчиков. - Мы завершили первый этап исследований в рамках этого проекта: подобрали материалы, которые обладают и фото-, и электроактивностью. Также мы отработали эффективные методики синтеза этих материалов, сейчас ведем исследования на установке имитирующий солнечный свет.
Второй запланированный этап работы – создание конструкции единичной ячейки энергоустановки, третий – создание образца энергоустановки полностью.
К 2023 году, когда завершится третий год реализации гранта, ученые планируют перейти к исследованию режимов работы фотоэлектрохимической энергоустановки и ее масштабированию. Вполне возможно, что именно их разработка станет одной из реализованных технологий получения и использования «зеленого» водорода.
