Tani wodór ze światła słonecznego i wody

Dzięki zwiększeniu odporności słonecznego materiału fotowoltaicznego naukowcy mogli znaleźć sposób na sztuczną fotosyntezę – czyli wykorzystanie światła słonecznego do wytwarzania paliwa – wystarczająco taniego, aby konkurować z paliwami kopalnymi.

Jeśli chcesz, aby wodór zasilał silnik lub ogniwo paliwowe, znacznie taniej jest go pozyskać z gazu ziemnego niż wytwarzać go przez rozszczepianie wody. Jednak energia słoneczna mogłaby konkurować z gazem ziemnym jako sposób na wytwarzanie wodoru, gdyby proces słoneczny miał wydajność od 15 do 25 procent, mówi Departament Energii USA. Chociaż jest to ponad dwa razy bardziej wydajne niż obecne podejścia, badacze na Uniwersytecie Stanforda opracowali niedawno materiały, które mogą umożliwić osiągnięcie tego celu. Praca jest opisana w czasopiśmie Nauka .

Jednym ze sposobów wytwarzania wodoru za pomocą światła słonecznego jest wykorzystanie panelu słonecznego do wytwarzania energii elektrycznej, a następnie wykorzystanie tej energii do zasilania komercyjnego elektrolizera, który rozdziela wodę, tworząc wodór i tlen. Ale połączenie panelu słonecznego i elektrolizera w jednym urządzeniu może być tańsze i wydajniejsze. Elektrony wytwarzane, gdy światło uderza w materiał fotowoltaiczny, mogą ułatwiać reakcje chemiczne, a koszty kapitałowe jednej maszyny byłyby prawdopodobnie niższe niż koszt dwóch (patrz A Greener „Artificial Leaf”, Sun Catalytix Seeks Second Act with Flow Battery i Artificial Wysiłek fotosyntezy zakorzenia się).

Od jakiegoś czasu naukowcy wiedzieli, że można zbliżyć się do 15 do 25 procent wydajności, jeśli połączy się dwa materiały ogniw słonecznych w takim systemie. Jedno ogniwo słoneczne zasilałoby połowę reakcji rozszczepiania wody — tworząc wodór. Drugi może tworzyć tlen.

Część wodorowa jest już prawie rozwiązana, ale naukowcy mieli problem z połową tlenu. Najbardziej wydajne materiały do ​​ogniw słonecznych w tej reakcji (na przykład krzem) szybko korodują. Naukowcy ze Stanford odkryli, że mogą wytworzyć krzem przez kilka dni, a nie tylko przez kilka godzin, powlekając go ochronną warstwą niklu o grubości zaledwie dwóch miliardowych metra. Materiały rozdzielały wodę przez trzy dni, zanim naukowcy przerwali eksperyment, aby zbadać materiały pod kątem uszkodzeń. Nie znaleźli żadnego.

Inne materiały, takie jak tlenki metali, mogą wytrzymać tak długo, ale bardzo powoli rozdzielają wodę. Nowe materiały są o rząd wielkości szybsze, mówi John Turner , pracownik naukowy na Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej w Golden w stanie Kolorado. Jak mówi, ponad 40 lat pracy nad tlenkami nie przyniosło takiego rezultatu.

Może minąć trochę czasu, zanim materiały zostaną wykorzystane w komercyjnej produkcji wodoru. Aby osiągnąć wymaganą wydajność, materiały nadal musiałyby zostać włączone do systemu wykorzystującego dwa ogniwa słoneczne. Pozostaje duże pytanie, jak długo mogą wytrzymać materiały. Aby był ekonomiczny, system musiałby działać przez co najmniej pięć lat, mówi Turner.

ukryć