Επιστήμονες στην Ιαπωνία επέδειξαν μια νέα μέθοδο για τη δημιουργία καυσίμου υδρογόνου χωρίς την εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου. Ωστόσο, παραμένουν βασικά βήματα για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς του για να είναι εμπορικά βιώσιμο.
Επιστήμονες στην Ιαπωνία επέδειξαν έναν νέο αντιδραστήρα proof-of-concept που μπορεί να συλλέξει ανανεώσιμο καύσιμο υδρογόνου από το φως του ήλιου και το νερό.
Ο νέος αντιδραστήρας 100 τετραγωνικά μέτρα χρησιμοποιεί φωτοκαταλυτικά φύλλα για να χωρίσει τα άτομα οξυγόνου και υδρογόνου που βρίσκονται στα μόρια του νερού, αποσπώντας έτσι το υδρογόνο για να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.
Ενώ η τεχνολογία παραμένει στα σπάργανά της, οι επιστήμονες πίσω από την έρευνα λένε ότι, εάν αναπτυχθούν πιο αποτελεσματικοί φωτοκαταλύτες, η ανακάλυψη τους θα μπορούσε να επιτρέψει την παραγωγή φθηνού, βιώσιμου καυσίμου υδρογόνου για την κάλυψη διαφόρων ενεργειακών αναγκών. Δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 2 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Frontiers in Science.
«Η διάσπαση του νερού που οδηγείται από το φως του ήλιου με χρήση φωτοκαταλυτών είναι μια ιδανική τεχνολογία για τη μετατροπή και αποθήκευση ενέργειας από ηλιακή σε χημική ενέργεια, και οι πρόσφατες εξελίξεις στα φωτοκαταλυτικά υλικά και συστήματα δημιουργούν ελπίδες για την υλοποίησή της», δήλωσε ο Kazunari Domen, καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο Shinshu. «Ωστόσο, παραμένουν πολλές προκλήσεις».
Όταν εκτίθενται στο φως, οι φωτοκαταλύτες ενισχύουν τις χημικές αντιδράσεις που διασπούν τα μόρια του νερού στα συστατικά τους μέρη. Ωστόσο, οι περισσότεροι υπάρχοντες καταλύτες “ενός σταδίου” – οι οποίοι αποσυνθέτουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο με μια κίνηση – είναι εξαιρετικά αναποτελεσματικόι, αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος του καυσίμου υδρογόνου να διυλίζεται χρησιμοποιώντας φυσικό αέριο, ένα ορυκτό καύσιμο.
Για να αναζητήσουν έναν τρόπο να ξεπεράσουν αυτό το αδιέξοδο, οι ερευνητές πίσω από τη νέα μελέτη ερεύνησαν έναν φωτοκαταλύτη που χρησιμοποιεί μια πιο περίπλοκη διαδικασία δύο σταδίων, με το ένα βήμα να διαχωρίζει το οξυγόνο και το επόμενο βήμα να αφαιρεί το υδρογόνο.
Η δημιουργία ενός φωτοκαταλύτη για αυτή τη διαδικασία επέτρεψε στους επιστήμονες να κατασκευάσουν τον πρωτότυπο αντιδραστήρα τους, ο οποίος λειτουργούσε για τρία χρόνια και λειτούργησε ακόμη καλύτερα χρησιμοποιώντας το πραγματικό ηλιακό φως από το υπεριώδες φως που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο.
«Στο σύστημά μας, χρησιμοποιώντας έναν φωτοκαταλύτη που αποκρίνεται στην υπεριώδη ακτινοβολία, η απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας ήταν περίπου μιάμιση φορά υψηλότερη κάτω από το φυσικό φως του ήλιου», δήλωσε στη δήλωση ο πρώτος συγγραφέας Takashi Hisatomi, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Shinshu. “Το προσομοιωμένο τυπικό ηλιακό φως χρησιμοποιεί ένα φάσμα από μια περιοχή ελαφρώς μεγάλου γεωγραφικού πλάτους. Σε μια περιοχή όπου το φυσικό ηλιακό φως έχει περισσότερες συνιστώσες μικρού μήκους κύματος από το προσομοιωμένο ηλιακό φως αναφοράς, η απόδοση μετατροπής της ηλιακής ενέργειας θα μπορούσε να είναι υψηλότερη.”
Παρά αυτά τα πολλά υποσχόμενα κέρδη, η αποτελεσματικότητα της αντίδρασης εξακολουθεί να είναι πολύ χαμηλή για εμπορική χρήση.
«Προς το παρόν, η απόδοση κάτω από προσομοίωση τυπικού ηλιακού φωτός είναι 1% στην καλύτερη περίπτωση και δεν θα φτάσει το 5% απόδοση κάτω από το φυσικό φως του ήλιου», είπε ο Hisatomi.
Για να κάνουν τα σημαντικά βήματα για την αύξηση της απόδοσης, οι επιστήμονες κάλεσαν άλλους να δημιουργήσουν καλύτερους φωτοκαταλύτες και μεγαλύτερους αντιδραστήρες. Οι εργασίες για την ασφάλεια θα είναι επίσης ζωτικής σημασίας: Η διύλιση καυσίμου υδρογόνου παράγει επίσης το εκρηκτικό υποπροϊόν οξυϋδρογόνο, το οποίο μπορεί να απορριφθεί με ασφάλεια στη διαδικασία δύο σταδίων.
«Η πιο σημαντική πτυχή που πρέπει να αναπτυχθεί είναι η αποτελεσματικότητα της μετατροπής ηλιακής σε χημική ενέργειας από φωτοκαταλύτες», είπε ο Domen. “Εάν βελτιωθεί σε πρακτικό επίπεδο, πολλοί ερευνητές θα εργαστούν σοβαρά για την ανάπτυξη τεχνολογίας μαζικής παραγωγής και διαδικασιών διαχωρισμού αερίου, καθώς και κατασκευή εγκαταστάσεων μεγάλης κλίμακας. Αυτό θα αλλάξει επίσης τον τρόπο με τον οποίο πολλοί άνθρωποι, συμπεριλαμβανομένων των υπευθύνων χάραξης πολιτικής, σκέφτονται μετατροπή ηλιακής ενέργειας και επιτάχυνση της ανάπτυξης υποδομών, νόμων και κανονισμών που σχετίζονται με τα ηλιακά καύσιμα».
Κάντε εγγραφή στο ενημερωτικό μας δελτίο.
