Водень давно розглядається як перспективна заміна викопного палива, однак традиційний електроліз води є не надто рентабельним через потребу в електриці та дорогому обладнанні. Німецькі вчені з Інституту ім. Фраунгофера запропонували нове рішення – модульне фотокаталітичне виробництво водню, що використовує сонячну енергію. Це дозволяє автономно й ефективно розщеплювати молекули води для отримання водню.
Основою розробки є тандемні фотоелектрохімічні комірки, які зібрані в модулі, подібному до сонячних панелей. Але замість генерації електрики для зовнішнього використання, уся вироблена електрика витрачається на процес електролізу, який відбувається безпосередньо в модулі.
Для створення тандемного модуля інженери покрили стандартні скляні модулі з обох боків напівпровідниковим матеріалом, що поглинає короткі хвилі світла. Довгі хвилі проходять наскрізь і поглинаються з іншого боку, де також виробляється водень. Дослідники підібрали оптимальний напівпровідниковий матеріал і нанесли його методом осадження з газоподібної фази, що збільшило товщину пластини лише на кілька нанометрів.
Фотогальванічний елемент, вбудований в модуль, забезпечує додаткову напругу, яка підсилює реакцію електролізу. В результаті вийшов реактор з активною площею поверхні 50 см.кв. Комплекс таких модулів загальною площею 100 м.кв під європейським сонцем здатний виробляти понад 30 кг водню на рік, що дозволить легковому автомобілю проїхати 15-20 тисяч км.
Керівник дослідницької команди Арно Герне зазначив, що розміри тандемного елемента обмежені тим, що модуль розщеплює воду безпосередньо, а електриці необхідно проходити від одного боку модуля до іншого. Збільшення площі модуля призвело б до зростання електричного опору, що несприятливо впливало б на систему. Таким чином, наявний формат оптимальний, стабільний та надійний, перевершуючи будь-які аналогічні рішення.
Фотокаталітичне рішення від Інституту ім. Фраунгофера обіцяє значний прогрес у виробництві водню, роблячи його більш доступним і екологічним. Це важливий крок до заміни викопного палива і розвитку зеленої енергетики.