CC BY
5УДК 620
Куввадов Г.
Преподаватель,
Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
Союнов Н.
Декан факультета «Химии»
Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
РОЛЬ ХИМИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Аннотация: В статье рассматриваются химические процессы используемые для преобразования солнечного света в электричество, которое может быть использовано для питания домов, предприятий и транспортных средств.
Ключевые слова: химия, возобновляемые источники энергии, фотоэлектрические солнечные элементы, экология.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) — это источники энергии, которые постоянно восполняются. Они являются важной частью усилий по борьбе с изменением климата и обеспечению устойчивого будущего.
Химия играет важную роль в развитии возобновляемых источников энергии. Химические процессы используются для преобразования возобновляемой энергии в электричество, тепло и другие формы энергии. Экономия энергии может стать важным дополнением к внедрению возобновляемых источников энергии при поэтапном отказе от ископаемого топлива.
Солнце на сегодняшний день является крупнейшим доступным нам возобновляемым источником энергии. Примерно за 1 час наша планета получает столько же солнечной энергии, сколько человечество потребляет за год. Это очень равномерно распределенный ресурс, учитывая, что годовая радиация над большинством населенных пунктов различается менее чем в два раза. Это дает возможность большинству стран производить энергию для собственных нужд. Сегодня мы собираем лишь небольшую часть поступающей солнечной энергии. Чтобы сформировать устойчивое будущее, крайне важно разработать технологии, позволяющие использовать этот ресурс. Химикам предстоит сыграть важную роль в этих усилиях.
Фотоэлектрические солнечные элементы в настоящее время являются наиболее распространенной технологией производства электроэнергии за счет солнечной энергии. Рынок солнечных батарей сильно развился: количество новых установок увеличивалось примерно на 40% каждый год в течение более десяти лет.
Растущее распространение фотоэлектрических элементов в энергетической системе на практике демонстрирует силу Солнца, но также и некоторые проблемы, которые необходимо решить.
Одной из проблем фотоэлектрических систем является непостоянство солнечного излучения. Большие годовые и ежедневные колебания в производстве электроэнергии накладывают ограничения на количество солнечной и ветровой энергии, которую могут принять наши нынешние электрические сети. Производство электроэнергии из других источников — гидроэлектростанций, ядерных и ископаемых — используется для балансировки энергосистемы, когда солнце и ветер слабы. Однако когда они сильны, они производят больше, чем потребляет сеть.
Лучший вариант долгосрочного и масштабного хранения возобновляемой энергии - это топливо. Возобновляемое топливо в жидкой форме представляет собой высокоэнергетическое соединение, подобное сегодняшнему бензину, но оно
производится с использованием возобновляемых источников энергии. Плотность энергии примерно на два порядка выше, чем у лучших аккумуляторов.
Привлекательной возможностью является производство так называемого солнечного топлива. Это возобновляемые виды топлива, которые производятся непосредственно из простых субстратов с использованием только солнечной энергии. Например, воду можно разделить на водород и кислород. Водород — это топливо, которое можно хранить и впоследствии использовать, например, в топливных элементах для производства электроэнергии. Углекислый газ можно превратить в топливо на основе углерода, например, в спирты. Когда они сгорают, они выделяют только углекислый газ, который был зафиксирован при их изготовлении.
Солнечное топливо можно производить путем искусственного фотосинтеза. Этот процесс в принципе аналогичен естественному фотосинтезу, при котором вода и углекислый газ преобразуются в высокоэнергетические соединения. Важным отличием является то, что искусственный фотосинтез может быть гораздо более эффективным, чем его естественный аналог. Типичная установка преобразует в биомассу менее 1% поступающей солнечной энергии, а лучшие культуры для производства биомассы дают эффективность лишь до 23%. Напротив, искусственный фотосинтез теоретически может достигать эффективности преобразования более 40%. Это похоже на теоретическую эффективность тандемных солнечных элементов, но продуктом является топливо, а не электричество.
Учитывая необходимость крупномасштабного хранения возобновляемой энергии и низкую эффективность производства биомассы, интересно отметить, что прямое производство солнечного топлива из воды и углекислого газа является единственной предполагаемой технологией возобновляемой энергии, которая не ориентирована на электроэнергию или биомасса как продукты.
Существуют разные концепции реализации искусственного фотосинтеза, но принципиальные сходства велики. Во-первых, солнечный свет поглощается
молекулой или полупроводниковым материалом, а энергия возбуждения используется для образования пары электрон-дырка; дырка — это вакансия, откуда был взят электрон. Прежде чем электрон и дырка рекомбинируют, электроны транспортируются к катализатору, где они используются для реакции образования топлива. Это может быть жидкое или газообразное топливо вместо сахара или биомассы, получаемых в результате естественного фотосинтеза.
Что касается восстановления протонов или углекислого газа, акцент сместился с катализаторов из благородных металлов на катализаторы, изготовленные из более дешевых и более распространенных элементов. Был представлен ряд новых лабораторных устройств, которые осуществляют общее расщепление воды на водород и кислород исключительно за счет солнечного облучения.
Однако немногие из них демонстрируют долгосрочную стабильность. Кроме того, в большинстве из них в качестве поглотителей света используются довольно дорогие многопереходные полупроводники, а многие из них содержат редкие или токсичные элементы, которые могут препятствовать их широкомасштабному использованию. Таким образом, хотя недавно появились важные и вдохновляющие результаты, производство солнечного топлива с помощью искусственного фотосинтеза еще не является технологией, и осталось несколько лет фундаментальных исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Линник Ю.Н. Нефть, газ, уголь: история добычи и переработки : учебник / Ю.Н. Линник, В.Ю. Линник. - Москва : ГУУ, 2021. - 351 с. : ил., табл. - (Гриф ГУУ). - Библиогр.: 79 назв. Шифр РНБ: 2022-3/2454
2. Харченко Н.В. «Индивидуальные солнечные установки» изд. Стройиздат, Москва, 1991г. - 125 с.
Kuwwadov G.
Lecturer,
Turkmen State University named after Mahtumkuli Turkmenistan, Ashgabat
Soyunov N.
Lecturer, Faculty of Chemistry Turkmen State University named after Mahtumkuli Turkmenistan, Ashgabat
THE ROLE OF CHEMISTRY IN PROVIDING SOLAR ENERGY
Abstract: The article discusses the chemical processes used to convert sunlight into electricity, which can be used to power homes, businesses and vehicles.
Key words: chemistry, renewable energy sources, photovoltaic solar cells, ecology.
