Computational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnology2313-223X2587-9693YUR-VAK62359410.33693/2313-223X-2023-10-3-11-25NQBORLNANOTECHNOLOGYНАНОТЕХНОЛОГИИResearch ArticleProspects of Solar Energy: The Role of Modern Solar Technologies in the Production of HydrogenПерспективы солнечной энергетики: роль современных гелиотехнологий в производстве водородаhttps://orcid.org/0000-0001-6964-9260RakhimovRustam Kh.РахимовРустам Хакимович
Uzbekistan

Doctor of Engineering; Head at the Laboratory No. 1

доктор технических наук; заведующий лабораторией № 1

rustam-shsul@yandex.comhttps://orcid.org/0000-0002-0632-6680YermakovVladimir P.ЕрмаковВладимир Петрович
Russian Federation

senior research at the Laboratory No. 1

старший научный сотрудник лаборатории № 1

labimanod@uzsci.netInstitute of Materials Science of the SPA “Physics-Sun” of the Academy of Science of UzbekistanИнститут материаловедения Научно-производственного объединения «Физика-Солнце» Академии наук Республики УзбекистанInstitute of Renewable Energy SourcesИнститут возобновляемых источников энергии1012202310311251911202319112023Copyright ©; 2023, Yur-VAKCopyright ©; 2023, Юр-ВАК2023Yur-VAKЮр-ВАКhttps://www.urvak.ru/contacts/https://journals.eco-vector.com/2313-223X/article/view/623594

This article explores the prospects of using solar energy for hydrogen production as an alternative energy source. The author discusses the limitations of hydrogen energy, including the economic inefficiency of hydrogen production. The main objective of the study is to increase profitability and address the environmental and energy issues associated with hydrogen production. The use of modern heliotechnologies and heliomaterials is proposed to optimize the hydrogen production process. The article also examines technological problems related to hydrogen combustion in the presence of nitrogen and emphasizes the need for further research to create environmentally safe and economically efficient hydrogen energy. The issue of hydrogen’s environmental cleanliness is discussed, and the necessity of using environmentally clean and conditionally clean energy sources for hydrogen production is noted. In conclusion, the article emphasizes that hydrogen has the potential to become a clean energy source through the development of heliomaterials science, which requires further research and technological improvements for its commercialization.

В данной статье исследуются перспективы использования солнечной энергии для производства водорода в качестве альтернативного источника энергии. Автор обсуждает ограничения водородной энергетики, включая экономическую неэффективность производства водорода. Основной целью работы является повышение рентабельности и решение экологических и энергетических проблем, связанных с производством водорода. Предлагается использовать современные гелиотехнологии и гелиоматериалы для оптимизации процесса производства водорода. В статье также рассматриваются технологические проблемы, связанные со сжиганием водорода в присутствии азота, и необходимость дальнейших исследований для создания экологически безопасной и экономически эффективной водородной энергетики. Обсуждается вопрос о экологической чистоте водорода, а также отмечается необходимость использования экологически чистых и условно чистых источников энергии для производства водорода. В заключение, статьи подчеркивается, что водород имеет потенциал стать чистым источником энергии, за счет развития гелиоматериаловедения, что требует дальнейших исследований и технологических улучшений для его коммерциализации.

solar energyhydrogenalternative energy sourceeconomic inefficiencyprofitabilityenvironmental problemsenergy problemssolar technologiessolar materialsfunctional ceramicscommercializationсолнечная энергияводородальтернативный источник энергииэкономическая неэффективностьрентабельностьэкологические проблемыэнергетические проблемыгелиотехнологиигелиоматериалыфункциональная керамикакоммерциализацияRakhimov R.Kh. Ceramic materials and their application. Development of functional ceramics with a set of specified properties. Vol. 1. L.: Lambert Academic Publishing, 2022. P. 278.Рахимов Р.Х. Керамические материалы и их применение. Разработка функциональной керамики с комплексом заданных свойств. Т. 1. Лондон: Lambert Academic Publishing, 2022. C. 278.Aminov R.Z., Bayramov A.N. System efficiency of hydrogen cycles based on off-peak NPP electricity. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Energy. 2011. No. 4. Pp. 52–61. (In Rus.)Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Системная эффективность водородных циклов на основе внепиковой электроэнергии АЭС // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2011. № 4. C. 52–61.Aminov R.Z., Bayramov A.N. Evaluation of the competitive efficiency of hydrogen production by water electrolysis based on off-peak electricity. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Energy. 2016. No. 4. Pp. 84–90. (In Rus.)Аминов Р.З., Байрамов А.Н. Оценка конкурентной эффективности получения водорода методом электролиза воды на основе внепиковой электроэнергии // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2016. № 4. C. 84–90.Solodova P.L., Minigulov R.R., Yemelyanycheva E.A. Hydrogen as a promising energy carrier. Modern methods of hydrogen production. Bulletin of Kazan Technological University. 2015. Vol. 18. No. 3. Pp. 137–140. (In Rus.)Солодова П.Л., Минигулов Р.Р., Емельянычева Е.А. Водород как перспективным энергоноситель. Современные методы получения водорода // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 3. C. 137–140.Klyuchnikov A.D., Petin S.N. Improving the energy and environmental efficiency of hydrogen production based on the integrated use of natural gas at ferrous metallurgy enterprises. Bulletin of the Moscow Power Engineering Institute. 2008. No. 3. Pp. 18–23. (In Rus.)Ключников А.Д., Петин С.Н. Повышение энергетической и экологической эффективности производства водорода на базе комплексного использования природного газа на предприятиях черной металлургии // Вестник Московского энергетического института. 2008. № 3. C. 18–23.Rakhimov R.K., Kim E.V. US Patent No. 5,472,720 registration date 05.12.1995.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. A possible mechanism for stabilizing the temperature of a solar air heater using a three-layer composite film with cascade spectrum transformation. Heliotechnika. 2011. No. 2. Pp. 65–68. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Возможный механизм стабилизации температуры солнечного воздухонагревателя с применением трехслойной композитной пленки с каскадным преобразованием спектра // Гелиотехника. 2011. № 2. C. 65–68.Rakhimov R.Kh., Saidov M.S. Solar-radiation heating and pulsed photoluminescence of micrograin ceramics with intergrain heterolayers. Heliotechnika. 2001. No. 2. Pp. 71–74. (In Rus.)Рахимов Р.X., Саидов М.C. Солнечно-радиационный нагрев и импульсная фотолюминесценция микрозернистой керамики с межзеренными гетерослоями // Гелиотехника. 2001. № 2. C. 71–74.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Solar air heater using composite polyethylene film-ceramics based on iron oxide. Heliotechnika. 2010. No. 1. Pp. 59–62. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Солнечный воздухонагреватель с применением композита полиэтиленовая пленка-керамика на основе оксида железа // Гелиотехника. 2010. № 1. C. 59–62.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Solar air heater using a three-layer composite film with cascade spectrum conversion. Heliotechnika. 2010. No. 2. Pp. 43–44. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Солнечный воздухонагреватель с применением трехслойной композитной пленки с каскадным преобразованием спектра // Гелиотехника. 2010. № 2. C. 43–44.Xomalis A. et al. Supplementary Materials for Detecting mid-infrared light by molecular frequency upconversion in dualwavelength nanoantennas. J.J. Baumberg (cor. author). DOI: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk2593.Xue Jiang, Chengzhi Shi, Zhenglu Li et al. Direct observation of Klein tunneling in phononic crystals. Science. 2020. Vol. 370. Issue 6523. Pp. 1447–1450. DOI: 10.1126/science.abe2011.Xue Jiang, Chengzhi Shi, Zhenglu Li et al. Direct observation of Klein tunneling in phononic crystals // Science. 2020. Vol. 370. Issue 6523. Pp. 1447–1450. DOI: 10.1126/science.abe2011.Suto K.H., Nakajima M., Hamazaki T. Thermal and near infrared sensor for carbon observation Fourier-transform spectrometer on the Greenhouse Gases Observing Satellite for greenhouse gases monitoring. Appl. Opt. 2009. No. 48. Pp. 6716–6733. DOI: 10.1364/AO.48.006716Suto K.H., Nakajima M., Hamazaki T. Thermal and near infrared sensor for carbon observation Fourier-transform spectrometer on the Greenhouse Gases Observing Satellite for greenhouse gases monitoring // Appl. Opt. 2009. No. 48. Pp. 6716–6733. DOI: 10.1364/AO.48.006716Neenan B., Feinberg D., Hill A., McIntosh R., Terry K. Fuels from microalgae: Technology status, potential, and research requirements. Golden, CO: Solar Energy Research Institute, 1986. P. 224.Makarova E.I., Oturina I.P., Sidyakin A.I. Applied aspects of the use of microalgae – inhabitants of aquatic ecosystems. Ecosystems, Their Optimization and Protection. 2009. Issue 20. Pp. 120–133. (In Rus.)Макарова Е.И., Отурина И.П., Сидякин А.И. Прикладные аспекты применения микроводорослей – обитателей водных экосистем // Экосистемы, их оптимизация и охрана. 2009. Вып. 20. C. 120–133.Gevorgiz R.G., Shmatok M.G. Lelekov A.S. Calculation of photobiosynthesis efficiency in lower phototrophs. 1. Continuous culture. Ecology of the Sea. 2005. Issue 70. Pp. 31–36. (In Rus.)Геворгиз Р.Г., Шматок М.Г., Лелеков А.C. Расчет КПД фотобиосинтеза у низших фототрофов. 1. Непрерывная культура // Экология моря. 2005. Вып. 70. C. 31–36.Gevorgiz R.G., Malakhov A.S. Recalculation of the illumination value of the photobioreactor into the irradiance value: Textbook-method. stipend. Sevastopol: LLC “Kolorit”, 2018. 60 p.Геворгиз Р.Г., Малахов А.C. Пересчет величины освещенности фотобиореактора в величину облученности: учеб.-метод. пособие. Севастополь: ООО «Колорит», 2018. 60 с.Efimova T.V. The effect of the spectral composition of light on the structural and functional characteristics of microalgae: Abstract of the dis. URL: https://www.dissercat.com/content/deistvie-spektralnogo-sostava-sveta-na-strukturnye-i-funktsionalnye-kharakteristiki-mikrovodЕфимова Т.В. Действие спектрального состава света на структурные и функциональные характеристики микроводорослей: Автореф. дис. URL: https://www.dissercat.com/content/deistvie-spektralnogo-sostava-sveta-na-strukturnye-i-funktsionalnye-kharakteristiki-mikrovodNzayisenga J.C., Farge X., Groll S.L. et al. Effects of light intensity on growth and lipid production in microalgae grown in wastewater. Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. 2020. Vol. 13. Art. number 4.Nzayisenga J.C., Farge X., Groll S.L. et al. Effects of light intensity on growth and lipid production in microalgae grown in wastewater // Biotechnology for Biofuels and Bioproducts. 2020. Vol. 13. Art. number 4.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Application of functional ceramics in sterilization processes. Comp. Nanotechnol. 2021. Vol. 8. No. 1. Pp. 84–94. (In Rus.) DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2021-8-1-84-94.Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Применение функциональной керамики в процессах стерилизации // Comp. Nanotechnol. 2021. Т. 8. № 1. C. 84–94. DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2021-8-1-84-94.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Phonon transformation mechanism in ceramic materials. Comp. Nanotechnol. 2017. No. 4. Pp. 21–35. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Фононный механизм преобразования в керамических материалах // Comp. Nanotechnol. 2017. № 4. C. 21–35.Rakhimov R.Kh. Big solar furnace. Comp. Nanotechnol. 2019. Vol. 6. No. 2. Pp. 141–150. (In Rus.) DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2019-6-2-141-150.Рахимов Р.Х. Большая солнечная печь // Comp. Nanotechnol. 2019. Т. 6. № 2. C. 141–150. DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2019-6-2-141-150.Rakhimov R.Kh., Rashidov H.K., Ermakov V.P. et al. Features of the synthesis of functional ceramics with a set of specified properties by the radiation method. Part 4. Comp. Nanotechnol. 2016. No. 2. Pp. 77–80. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Рашидов Х.К., Ермаков В.П. и др. Особенности синтеза функциональной керамики с комплексом заданных свойств радиационным методом. Ч. 4 // Comp. Nanotechnol. 2016. No. 2. C. 77–80.Rakhimov R.Kh., Mukhtorov D.N. Investigation of a film-ceramic composite in a solar cell. Comp. Nanotechnol. 2022. Vol. 9. No. 1. Pp. 132–138. (In Rus.) DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2022-9-1-132-138.Рахимов Р.Х., Мухторов Д.Н. Исследование пленочно-керамического композита в гелиосушке // Comp. Nanotechnol. 2022. Т. 9. № 1. C. 132–138. DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2022-9-1-132-138.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. A possible mechanism for stabilizing the temperature of a solar air heater using a three-layer composite film with cascade spectrum transformation. Heliotechnika. 2011. No. 2. Pp. 65–68. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Возможный механизм стабилизации температуры солнечного воздухонагревателя с применением трехслойной композитной пленки с каскадным преобразованием спектра // Гелиотехника. 2011. № 2. C. 65–68.Rakhimov R.Kh., Saidov M.S. Solar-radiation heating and pulsed photoluminescence of micrograin ceramics with intergrain heterolayers. Heliotechnika. 2001. No. 2. Pp. 71–74. (In Rus.)Рахимов Р.X., Саидов М.C. Солнечно-радиационный нагрев и импульсная фотолюминесценция микрозернистой керамики с межзеренными гетерослоями // Гелиотехника. 2001. № 2. C. 71–74.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Solar air heater using composite polyethylene film-ceramics based on iron oxide. Heliotechnika. 2010. No. 1. Pp. 59–62. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Солнечный воздухонагреватель с применением композита полиэтиленовая пленка-керамика на основе оксида железа // Гелиотехника. 2010. № 1. C. 59–62.Rakhimov R.Kh., Ermakov V.P., Rakhimov M.R. Solar air heater using a three-layer composite film with cascade spectrum conversion. Heliotechnika. 2010. No. 2. Pp. 43–44. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Ермаков В.П., Рахимов М.Р. Солнечный воздухонагреватель с применением трехслойной композитной пленки с каскадным преобразованием спектра // Гелиотехника. 2010. № 2. C. 43–44.Rakhimov R.Kh., Mukhtorov D.N. Investigation of the efficiency of using a film-ceramic composite in a solar dryer. Applied Solar Energy. 2022. Vol. 58. No. 2. Pp. 273–278.Rakhimov R.Kh., Mukhtorov D.N. Investigation of the efficiency of using a film-ceramic composite in a solar dryer // Applied Solar Energy. 2022. Vol. 58. No. 2. Pp. 273–278.Rakhimov R.Kh., Yermakov V.P., Rakhimov M.R. Synthesis of materials by the radiation method and their application. Applied Solar Energy. 2022. Vol. 58. No. 1. Pp. 165–171. ISSN 0003-701X.Rakhimov R.Kh., Yermakov V.P., Rakhimov M.R. Synthesis of materials by the radiation method and their application // Applied Solar Energy. 2022. Vol. 58. No. 1. Pp. 165–171. ISSN 0003-701X.Rakhimov R.Kh., Rashidov H.K., Ermakov V.P et al. Resource-saving, energy-efficient technology for producing alumina from secondary kaolins of the Angren deposit. Comp. Nanotechnol. 2016. No. 1. Pp. 45–51. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Рашидов Х.К., Ермаков В.П. и др. Ресурсосберегающая, энергоэффективная технология получения глинозема из вторичных каолинов ангренского месторождения // Comp. nanotechnol. 2016. № 1. C. 45–51.