Намереваясь воспроизвести и даже улучшить первый этап процесса фотосинтеза, ученые рассчитывают разработать технологию искусственного превращения солнечного света в «зеленый» водород, полученный исключительно из возобновляемой энергии. Группа ученых из США совершила рывок в этом направлении.

Ученые продемонстрировали новый полупроводник для расщепления воды под действием фотокатализа, который использует широкий спектр солнечного света, включая инфракрасный. При этом он компактный и относительно дешевый, причем со временем не портится, а становится лучше.

Природа получает энергию для жизни из солнечного света, создавая из нее пищу и топливо. Все, что ей для этого нужно — это вода, фотоны и двуокись углерода, которые превращаются в кислород и сахара. Первый химический этап фотосинтеза происходит в хлорофилле, зеленом пигменте растений — молекулы воды расщепляются на кислород, который попадает в воздух, и положительно заряженные ионы водорода, которые питают остальной процесс и накапливаются в виде углеводов.

«Мы уменьшили размер полупроводника больше чем в 100 раз, по сравнению с теми, которые работают только при низкой интенсивности света, — пояснил Чжоу Пэн, один из исследователей. — Водород, полученный нашим методом, может быть очень дешевым».

В новой технологии используется концентрированный свет солнца — у большинства устройств искусственного фотосинтеза такая опция отсутствует, потому что высокоинтенсивный свет и высокие температуры разрушают их. Но полупроводник из наноструктур нитрида индия-галлия, выращенных на кремниевой поверхности, не только выдерживает солнечный свет и тепло, но и со временем повышает эффективность выработки водорода, пишет New Atlas.

Тогда как другие системы не любят тепло, эта зависит от него. Полупроводник поглощает высокочастотные волны света, которые питают процесс расщепления воды. Он находится в камере с текущей водой. Низкочастотный инфракрасный свет применяется для нагрева камеры до 70 °C, что ускоряет реакцию и подавляет тенденцию молекул водорода и кислорода к рекомбинации в молекулы воды.

В лабораторных условиях при использовании очищенной воды устройство достигло эффективности 9%. С водопроводной и морской водой — 7%. В полевых условиях производительность составила 6,2%. Это меньше, чем у многих опытных образцов, но дешевле, потому что в конструкции не используются фотоэлементы, запускающие реакцию электролиза воды.