Енергія майбутнього вже зараз

Особливості сонячної енергії

Сонячна енергія, випромінювання від Сонця здатні виробляти тепло, викликаючи хімічні реакції або генеруючи електрику. Загальна кількість сонячної енергії, що падає на Землю, значно перевищує поточні та очікувані світові потреби в енергії. Від Сонця — до верхніх шарів земної атмосфери безперервно надходить у формі випромінювання потужність близько 174 петаватт (пета — 10 у 15 ступені). При цьому 16% енергії, що надходить, поглинається верхніми шарами атмосфери, а 6% — відбивається від неї. Залежно від погодних умов, у середніх шарах атмосфери також відбувається віддзеркалення до 20%, а поглинається близько 3% енергії, що приходить від Сонця.

Таким чином, наша атмосфера розсіює і фільтрує значну частину спектра, пропускаючи до поверхні землі чималу його частку у формі інфрачервоного і трохи ультрафіолетового. У результаті ми можемо спостерігати колообіг води в природі, фотосинтез рослин, і маємо середню температуру земної поверхні близько 14 °C.

За належного використання це сильно розсіяне джерело може задовольнити всі майбутні потреби в енергії. Очікується, що у 21 столітті сонячна енергія ставатиме дедалі привабливішою як поновлюване джерело енергії через її невичерпні запаси та екологічно чистий характер, на відміну від вугілля, нафти та природного газу з обмеженою кількістю викопних видів палива.

Історично збір сонячної енергії був дорогим і відносно неефективним. Проте, навіть таке мізерне використання сонячної енергії є поліпшенням порівняно з попередніми двома десятиліттями, оскільки кількість енергії, одержуваної від сонячної енергії в усьому світі, збільшилася.

Реалізація на практиці

Існує два види систем використання сонця: активні та пасивні. До активних відносять сонячні панелі, панелі з фотоелементами, а також сонячні електростанції.

Також одним зі способів використання сонячної енергії є використання сонячної електрики для поділу молекул води на кисень і водень. Водень, отриманий у процесі, зберігається як паливо у формі, яку можна переносити з одного місця в інше і використовувати для вироблення енергії за запитом. Для поділу молекул води на складові частини необхідний каталізатор, але каталітичні матеріали, які використовуються зараз в процесі, також відомому як реакція виділення кисню, недостатньо ефективні, щоб зробити процес практичним.

Група дослідників, використовуючи інноваційну хімічну стратегію, розроблену в UVA, під керівництвом професорів хімії Сен Чжан і Т. Брент Гуно, створила нову форму каталізатора з використанням елементів кобальту і титану. Перевага цих елементів полягає в тому, що їх набагато більше в природі, ніж інших зазвичай використовуваних каталітичних матеріалів, що містять дорогоцінні метали, як-от іридій або рутеній. За словами Гуно, «це нововведення, що ґрунтується на досягненнях лабораторії Чжана, являє собою новий метод поліпшення і розуміння каталітичних матеріалів, результатом якого є інтеграція передових технологій синтезу матеріалів, визначення характеристик атомарного рівня і теорії квантової механіки».

«Ця робота є чудовим прикладом колективних зусиль UVA та інших дослідників щодо роботи в напрямку чистої енергії та захопливих відкриттів, що відбуваються в результаті цієї міждисциплінарної співпраці», — сказала Джилл Вентон, голова хімічного відділу UVA.

Нові технологічні розробки обіцяють збільшити використання сонячної енергії шляхом подальшого зниження витрат і підвищення ефективності сонячних панелей.