Исследователи из Наньянского технологического университета (НТУ) в Сингапуре разработали прототип устройства, напоминающий фотоэлектрическую пластину. Этот «искусственный лист» способен одновременно очищать морскую воду от токсичных отходов и производить экологически чистый водород, используя энергию солнечного света.
Принцип работы и борьба с загрязнениями
Устройство объединяет в себе функции фотоэлектрического элемента, электролизера и каталитической ячейки. Оно предназначено для переработки гидразина (N2H4) — крайне токсичного вещества, которое используется в химической и фармацевтической промышленности и часто попадает в океан.
При воздействии видимого света в устройстве запускаются химические реакции: на катоде из воды выделяется водород, а на аноде происходит разложение гидразина с выделением азота и дополнительного водорода. Сингапурские ученые отметили, что гидразин разлагается легче, чем вода, что делает процесс более энергоэффективным по сравнению с традиционным производством «зеленого» водорода, где часть энергии тратится на выделение кислорода.
Технические особенности конструкции
Одной из главных проблем при работе с морской водой является агрессивность хлоридов, которые быстро разрушают электроды. Чтобы решить эту задачу, разработчики создали сложные многослойные структуры.
Катод устройства выполнен из перовскита на основе галогенида свинца. Для защиты от хлоридов его покрыли проводящим эпоксидным полимером с добавлением меди и серебра, титановой фольгой и напылением платины, которая служит катализатором. Анод также имеет сложное устройство и включает железо-кобальт-хромовый катализатор.
Результаты испытаний и перспективы
В ходе тестов, длившихся 72 часа, устройство продемонстрировало высокую эффективность: концентрация гидразина в морской воде снизилась до 5% от предельно допустимой концентрации (ПДК). При этом аппарат произвел значительный объем водорода и не показал признаков износа.
Несмотря на успех, авторы разработки признают наличие ряда вопросов. В частности, остается неясным, насколько стоимость серийного производства будет оправдана из-за использования дорогой платины и кобальта. Также будущие исследования должны определить, не приводит ли работа устройства к загрязнению воды свинцом, который входит в состав катода.
