Створено електролізер для штучного фотосинтезу без батарей

Дослідники з Осакського столичного університету представили новий підхід до штучного фотосинтезу, створивши пристрій, здатний регулювати себе самостійно без використання системи керування на батареях. Розробка може суттєво спростити виробництво сонячного палива та знизити його вартість.

Штучний фотосинтез використовує сонячне світло для перетворення води та вуглекислого газу на енергоємні сполуки. У новій системі кінцевим продуктом є мурашина кислота, хімічна речовина, яку можна зберігати та згодом використовувати як чисте паливо або промислову сировину. Ключовим елементом системи є електролізер, який перетворює електрику, згенеровану сонячними елементами, на хімічну енергію. Це дає змогу захоплювати та зберігати сонячну енергію у формі мурашиної кислоти для майбутнього використання.

Однак підтримка ефективного виробництва сонячного палива стає складним завданням, коли інтенсивність сонячного світла змінюється протягом дня. Для вирішення цієї проблеми багато систем штучного фотосинтезу покладаються на технологію, відому як відстеження точки максимальної потужності. Ця технологія постійно регулює напругу та струм, щоб забезпечити роботу сонячних елементів з максимально можливою ефективністю. Проте традиційні системи відстеження точки максимальної потужності зазвичай потребують батарей або додаткового електронного обладнання для згладжування коливань потоку енергії. Ці додаткові компоненти збільшують як вартість, так і інженерну складність, що ускладнює масштабне впровадження систем штучного фотосинтезу.

Щоб подолати цей виклик, дослідницька група з Осакського столичного університету розробила простішу систему штучного фотосинтезу, вбудувавши функцію контролю безпосередньо в електролізер. Під керівництвом доцента Ясуо Мацубари та професора Ютаки Амао, працюючи разом з компанією Iida Group Holdings, дослідники інтегрували в пристрій спеціальний твердий електроліт. Завдяки цьому новий електролізер може налаштовуватися автоматично.

Пристрій використовує властивості твердого електроліту для регулювання своєї електричної поведінки, що дозволяє йому виконувати функцію відстеження точки максимальної потужності без додаткового обладнання. За словами професора Амао, система автоматично реагує на зміни сонячного світла без потреби у зовнішніх елементах керування. Коли інтенсивність сонячного випромінювання зростає, електролізер нагрівається, що знижує його електричний опір і дозволяє електриці текти легше.

Ця вбудована реакція дає змогу пристрою регулювати власну електричну поведінку та підтримувати ефективну роботу протягом дня, одночасно зменшуючи потребу в батареях та іншому дорогому зовнішньому обладнанні. Автоматично пристосовуючись до змінних умов, система також спрощує загальну конструкцію.

Щоб продемонструвати концепцію, дослідники випробували прототип, оснащений новою технологією, під справжнім сонячним світлом на відкритому повітрі. Пристрій зміг безперервно перетворювати воду та вуглекислий газ на мурашину кислоту, підтримуючи стабільну продуктивність навіть при зміні інтенсивності сонячного світла. Дослідники також зазначили, що технологія вже продемонструвала свій практичний потенціал у реальних умовах.

За словами команди, система виробила достатньо мурашиної кислоти, щоб живити мініатюрну діораму, виставлену в павільйоні. Це ілюструє, як ефективна система штучного фотосинтезу могла б одного дня виробляти та зберігати енергію для практичного використання.

Усунення потреби в додаткових компонентах зменшує як вартість, так і складність виробництва сонячного палива. Це робить технологію більш доступною для широкомасштабного впровадження. Розробка японських вчених може стати важливим кроком на шляху до створення практичних систем штучного фотосинтезу, здатних ефективно працювати в реальних умовах з мінливою інтенсивністю сонячного світла.