Энергия будущего уже сейчас
Каждую секунду Солнце излучает на Землю достаточно энергии, чтобы полностью удовлетворить потребность человека в энергии в течение более двух часов. Учитывая, что солнечная энергия легко доступна и является возобновляемой, она является привлекательным источником энергии.
![](https://sci314.com/img/893x480/c/sun11582960720-4e4b30e9.jpg)
Особенности солнечной энергии
Солнечная энергия, излучение от Солнца способны производить тепло, вызывая химические реакции или генерируя электричество. Общее количество солнечной энергии, падающей на Землю, значительно превышает текущие и ожидаемые мировые потребности в энергии. От Солнца — к верхним слоям земной атмосферы непрерывно поступает в форме излучения мощность порядка 174 петаватт (пета — 10 в 15 степени). При этом 16% поступающей энергии поглощается верхними слоями атмосферы, а 6% - отражается от нее. В зависимости от погодных условий, в средних слоях атмосферы также происходит отражение до 20%, а поглощается около 3% приходящей от Солнца энергии.
Таким образом, наша атмосфера рассеивает и фильтрует значительную часть спектра, пропуская к поверхности земли немалую его долю в форме инфракрасного и немного ультрафиолетового. В результате мы можем наблюдать круговорот воды в природе, фотосинтез растений, и имеем среднюю температуру земной поверхности около 14 °C.
При надлежащем использовании этот сильно рассеянный источник может удовлетворить все будущие потребности в энергии. Ожидается, что в 21 веке солнечная энергия будет становиться все более привлекательной в качестве возобновляемого источника энергии из-за ее неисчерпаемых запасов и экологически чистого характера, в отличие от угля, нефти и природного газа с ограниченным количеством ископаемых видов топлива.
Исторически сбор солнечной энергии был дорогим и относительно неэффективным. Тем не менее, даже такое скудное использование солнечной энергии является улучшением по сравнению с предыдущими двумя десятилетиями, поскольку количество энергии, получаемой от солнечной энергии во всем мире, увеличилось.
Реализация на практике
Существует два вида систем использования солнца: активные и пассивные. К активным относят солнечные панели, панели с фотоэлементами, а также солнечные электростанции.
Также одним из способов использования солнечной энергии является использование солнечного электричества для разделения молекул воды на кислород и водород. Водород, полученный в процессе, хранится в качестве топлива в форме, которую можно переносить из одного места в другое и использовать для выработки энергии по запросу. Для разделения молекул воды на составные части необходим катализатор, но каталитические материалы, используемые в настоящее время в процессе, также известном как реакция выделения кислорода, недостаточно эффективны, чтобы сделать процесс практичным.
Группа исследователей, используя инновационную химическую стратегию, разработанную в UVA, под руководством профессоров химии Сен Чжан и Т. Брент Гунно создала новую форму катализатора с использованием элементов кобальта и титана. Преимущество этих элементов заключается в том, что их гораздо больше в природе, чем других обычно используемых каталитических материалов, содержащих драгоценные металлы, такие как иридий или рутений. По словам Гунно, «это нововведение, основанное на достижениях лаборатории Чжана, представляет собой новый метод улучшения и понимания каталитических материалов, результатом которого является интеграция передовых технологий синтеза материалов, определения характеристик атомарного уровня и теории квантовой механики».
«Эта работа является прекрасным примером коллективных усилий UVA и других исследователей по работе в направлении чистой энергии и захватывающих открытий, которые происходят в результате этого междисциплинарного сотрудничества», — сказала Джилл Вентон, председатель химического отдела UVA.
Новые технологические разработки обещают увеличить использование солнечной энергии за счет дальнейшего снижения затрат и повышения эффективности солнечных панелей.