211service.com
Sztuczna fotosynteza robi krok naprzód
Wysiłki badawcze wspierane przez rząd USA poczyniły ważny krok w kierunku naśladowania zdolności rośliny do przekształcania światła słonecznego i wody w paliwo. Problem polega na tym, że naukowcy nie mają wystarczająco dużo pieniędzy, aby kontynuować wysiłki.
ten Wspólne Centrum Sztucznej Fotosyntezy (JCAP), program badawczy stworzony przez administrację Obamy w 2010 roku, angażuje naukowców z kilku laboratoriów akademickich, kierowanych przez zespół z Caltech. Badacze ci zademonstrowali sposób na przedłużenie żywotności obiecującego typu elektrolizera słonecznego, który wykorzystuje światło słoneczne do bezpośredniego rozdzielania wody w tlen i wodór. Wytworzony wodór mógłby być przechowywany i wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej w nocy w elektrowniach lub pojazdach napędzanych ogniwami paliwowymi.
JCAP została założona w 2010 roku jako jedno z niewielu centrów innowacji energetycznych Departamentu USA, z obietnicą 122 milionów dolarów w ciągu pięciu lat. Nathan Lewis, dyrektor centrum, ma nadzieję, że najnowsze postępy mogą skłonić Kongres do przedłużenia finansowania. Jesteśmy teraz na fali i mamy nadzieję, że będziemy kontynuować, mówi.
Możliwe jest pośrednie wytwarzanie wodoru za pomocą energii słonecznej, wykorzystując panele słoneczne do zasilania konwencjonalnego elektrolizera. Ale to jest drogie — ilość paliwa wodorowego odpowiadająca galonowi benzyny kosztowałaby od 10 do 20 dolarów. Urządzenie zdolne do wykorzystania światła słonecznego do rozdzielania wody mogłoby znacznie obniżyć koszty; Lewis twierdzi, że otrzymany wodór może kosztować od 2 do 4 dolarów za kwotę odpowiadającą galonowi benzyny, chociaż uważa, że jest zbyt wcześnie, by wierzyć w takie szacunki.
Naukowcy z JCAP wykorzystali do stworzenia urządzenia dwie sprawdzone komercyjnie technologie: elektrolizę i krzemowe lub kadmowo-tellurydowe ogniwa słoneczne. Aby obniżyć koszty, połączyli elementy obu w jedno urządzenie w sposób, który czyni go mniej skomplikowanym i potencjalnie bardziej wydajnym. Elektrolizery posiadają dwie elektrody wyposażone w katalizatory, które zmniejszają ilość energii potrzebnej do rozdziału wody. W nowym systemie naukowcy dodali katalizatory do ogniw słonecznych, co pozwoliło im pełnić funkcję elektrod elektrolizera, zmniejszając liczbę części. Zoptymalizowali również katalizatory do pracy z ogniwami słonecznymi.
Roztwory alkaliczne stosowane w większości elektrolizerów zwykle niszczą ogniwa słoneczne w ciągu kilku sekund, ale naukowcy odkryli, że pewien rodzaj tlenku niklu może służyć jako katalizator, a także chronić ogniwa słoneczne. Katalizator pomaga uwolnić atomy tlenu z cząsteczek wody i wytwarza gazowy tlen, wykorzystując energię z ogniw słonecznych. W testach materiał pozwolił ogniwom słonecznym działać przez ponad 1000 godzin – nie dość długo, jak na urządzenie komercyjne, ale radykalną poprawę.
Urządzenie pełni rolę jednej z dwóch elektrod w elektrolizerze. Aby uzyskać praktyczne urządzenie, katalizator wodorowy musi zostać ulepszony. Istnieją pewne wydajne katalizatory, ale zazwyczaj działają one w środowisku kwaśnym, a nie zasadowym.