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.
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.