211service.com
Tani wodór
Nanoptek , startup z siedzibą w Maynard, MA, opracował nowy sposób wytwarzania wodoru z wody przy użyciu energii słonecznej. Firma twierdzi, że jej proces jest wystarczająco tani, aby konkurować z najtańszymi obecnie stosowanymi metodami, które usuwają wodór z gazu ziemnego, a ponadto ma dodatkową zaletę, że nie uwalnia dwutlenku węgla.
Gazy słoneczne: Paraboliczne koryto może skupiać światło słoneczne na nanostrukturze tytanu, poprawiając wydajność nowego systemu wytwarzania wodoru poprzez rozszczepianie wody.
Nanoptek, który rozwija nową technologię częściowo dzięki dotacjom z NASA i Departamentu Energii (DOE), niedawno zakończył swoją pierwszą rundę kapitału wysokiego ryzyka, pozyskując 4,7 miliona dolarów, które wykorzysta na zainstalowanie pierwszego zakładu pilotażowego. Technologia wykorzystuje tytan, tani i powszechnie dostępny materiał, do przechwytywania energii ze światła słonecznego. Pochłonięta energia uwalnia elektrony, które dzielą wodę na wodór. Inni badacze używali w przeszłości tlenku tytanu do rozdzielania wody, ale naukowcy z Nanoptek znaleźli sposób na zmodyfikowanie tlenku tytanu w celu pochłaniania większej ilości światła słonecznego, co sprawia, że proces jest znacznie tańszy i bardziej wydajny, mówi John Guerra, założyciel i dyrektor generalny firmy.
Od lat 70. naukowcy wiedzą, że dwutlenek tytanu może katalizować reakcje rozszczepiania wody. Ale chociaż tytan jest dobrym materiałem, ponieważ jest tani i nie rozkłada się w wodzie, pochłania tylko światło ultrafioletowe, które stanowi niewielką część energii słonecznej. Inni badacze próbowali zwiększyć ilość pochłanianego światła słonecznego, łącząc dwutlenek tytanu z barwnikami lub domieszkami, ale barwniki nie są tak trwałe jak dwutlenek tytanu, a domieszki nie stworzyły wydajnych systemów, mówi John Turner, który opracowuje technologie wytwarzania wodoru na Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), w Golden, Kolorado.
Podejście Nanoptek wykorzystuje spostrzeżenia z branży półprzewodników, aby tlenek tytanu pochłaniał więcej światła słonecznego. Guerra mówi, że twórcy chipów od dawna wiedzą, że naprężenie materiału tak, aby jego atomy były lekko ściśnięte lub rozsunięte, zmienia właściwości elektroniczne materiału. Odkrył, że nałożenie powłoki z tlenku tytanu na kopulaste nanostruktury spowodowało rozerwanie atomów. Kiedy rozrywasz atomy, potrzeba mniej energii, aby wybić elektrony z orbity, mówi. Oznacza to, że możesz używać światła o niższej energii – co oznacza światło widzialne, a nie tylko światło ultrafioletowe.
Naprężenie atomów wpływa również na sposób poruszania się elektronów przez materiał. Zbyt duże obciążenie, a elektrony mają tendencję do ponownego wchłaniania się przez materiał, zanim rozszczepią wodę. Guerra mówi, że firma musiała znaleźć równowagę między pochłanianiem większej ilości światła słonecznego a umożliwieniem swobodnego przemieszczania się elektronów z materiału. Nanoptek opracował również tańsze sposoby wytwarzania materiałów nanostrukturalnych. Początkowo firma wykorzystywała procesy produkcji płyt DVD, ale od tego czasu przeszła na wciąż tańszy, zastrzeżony proces.
John Turner z NREL mówi, że proces Nanoptek jest bardzo, bardzo obiecujący. A Harriet Kung, pełniąca obowiązki dyrektora biura podstawowych nauk energetycznych DOE, które sfinansowało pracę Nanoptek, mówi, że podejście oparte na naprężonej tytanii jest jednym z głównych ekscytujących postępów, odkąd po raz pierwszy odkryto, że tytania jest fotokatalizatorem w latach 70. XX wieku.
Jeśli będzie działać zgodnie z oczekiwaniami, technologia może pomóc w rozwiązaniu jednego z podstawowych problemów związanych z wykorzystaniem wodoru jako paliwa. Wodór jest atrakcyjny, ponieważ jest lekki, a spalanie go wytwarza tylko wodę. Jednak obecnie większość wodoru wytwarzana jest z gazu ziemnego, który to proces uwalnia znaczne ilości dwutlenku węgla. Inną główną opcją jest elektroliza. Ale nawet jeśli jest zasilany czystą energią, taką jak prąd z fotowoltaiki, elektroliza jest nieefektywna i droga. Guerra mówi, że użycie naprężonej tytanii i niedrogiego procesu produkcyjnego Nanoptek sprawia, że proces ten jest tani i wystarczająco wydajny, aby konkurować z procesami wytwarzającymi wodór z gazu ziemnego. Co więcej, mówi Guerra, technologia Nanoptek może być zlokalizowana bliżej klientów niż wielkoskalowe procesy wykorzystujące gaz ziemny, co może znacznie obniżyć koszty transportu, a tym samym zwiększyć atrakcyjność technologii. A jeśli w przyszłości emisje dwutlenku węgla będą opodatkowane lub uregulowane, podejście Nanoptek bez emisji dwutlenku węgla będzie kolejną zaletą.
Turner mówi, że oprócz wytwarzania wodoru dla pojazdów napędzanych ogniwami paliwowymi, proces Nanoptek – jeśli rzeczywiście jest wydajny i niedrogi, jak twierdzi firma – może być również ważny dla energii słonecznej na dużą skalę. Jeśli energia słoneczna ma kiedykolwiek stać się dominującym źródłem energii, niezbędne będzie znalezienie sposobów na jej magazynowanie do użytku nocnego. A wodór, jak mówi, może być dobrym sposobem na jego przechowywanie.