Συσκευές κατασκευασμένες από καινοτόμα υλικά παράγουν καθαρό υδρογόνο από νερό

Συσκευές κατασκευασμένες από καινοτόμα υλικά παράγουν καθαρό υδρογόνο από νερό

Συσκευές κατασκευασμένες από άμεσα διαθέσιμα οξείδια και υλικά με βάση τον άνθρακα μπορούν να παράγουν καθαρό υδρογόνο από νερό για διάστημα εβδομάδων, σύμφωνα με νέα έρευνα.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Τα ευρήματα, με επικεφαλής τον Δρ. Virgil Andrei, ερευνητή στο St. John's College του Πανεπιστημίου του Cambridge και σε συνεργασία με ακαδημαϊκούς του Imperial College του Λονδίνου, θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση ενός από τα βασικά ζητήματα στην παραγωγή καυσίμων με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας, όπου τα υπάρχοντα άφθονα γήινα υλικά που απορροφούν το φως, περιορίζονται είτε λόγω της απόδοσης ή της σταθερότητάς τους.

Υλικά που δεν έχουν διερευνηθεί για συλλογή φωτός

Το καύσιμο υδρογόνο θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στη μετάβαση προς μία πλήρη απαλλαγή από τις εκπομπές άνθρακα και στην επίτευξη του στόχου της EE για καθαρές μηδενικές εκπομπές έως το 2050. Με το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου να παράγεται επί του παρόντος από ορυκτά καύσιμα, οι ερευνητές εργάζονται για να βρουν τρόπους παραγωγής υδρογόνου από πιο βιώσιμες πηγές. Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι η κατασκευή συσκευών που μπορούν να συλλέγουν το ηλιακό φως και να διασπούν το νερό για να παράγουν πράσινο υδρογόνο.

Ενώ πολλά υλικά που απορροφούν το φως έχουν δοκιμαστεί για παραγωγή πράσινου υδρογόνου, τα περισσότερα αποικοδομούνται γρήγορα όταν βυθίζονται στο νερό. Για παράδειγμα, οι περοβσκίτες είναι τα πιο γρήγορα αναπτυσσόμενα υλικά όσον αφορά την αποτελεσματικότητα συλλογής φωτός, αλλά είναι ασταθείς στο νερό και περιέχουν μόλυβδο. Αυτό παρουσιάζει κίνδυνο διαρροής. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές εργάζονται για να αναπτύξουν εναλλακτικές λύσεις χωρίς μόλυβδο.

Το οξυιωδιούχο βισμούθιο (BiOI) είναι ένας ημιαγωγός και αποτελεί μια μη τοξική εναλλακτική λύση που δεν έχει ερευνηθεί ιδιαίτερα για εφαρμογές παραγωγής καυσίμων με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας λόγω της κακής σταθερότητάς του στο νερό. Αλλά με βάση προηγούμενα ευρήματα σχετικά με τις δυνατότητες του BiOI, οι ερευνητές αποφάσισαν να επανεξετάσουν τη δυναμική αυτού του υλικού για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου.

Ο Δρ. Robert Hoye, Λέκτορας στο Τμήμα Υλικών στο Imperial College του Λονδίνου, εξήγησε: «Το οξυιωδιούχο βισμούθιο είναι ένα συναρπαστικό φωτοδραστικό υλικό που διαθέτει ενεργειακά επίπεδα στις σωστές θέσεις για τη διάσπαση του νερού. Πριν από μερικά χρόνια, αποδείξαμε ότι τα ηλιακά κύτταρα BiOI είναι πιο σταθερά από αυτά που χρησιμοποιούν σύγχρονους απορροφητές φωτός από περοβσκίτη. Θέλαμε να δούμε αν μπορούμε να μεταφράσουμε αυτή τη σταθερότητα σε πράσινη παραγωγή υδρογόνου».

Η καθηγήτρια Judith Driscoll, Τμήμα Επιστήμης και Μεταλλουργίας Υλικών από το Πανεπιστήμιο του Cambridge, δήλωσε: «Δουλεύουμε πάνω σε αυτό το υλικό εδώ και αρκετό καιρό, κυρίως λόγω των ευρέος φάσματος των πιθανών εφαρμογών του, καθώς και της απλότητας κατασκευής του, της χαμηλής τοξικότητας και της καλής σταθερότητας του. Ήταν υπέροχο να συνδυάσουμε την τεχνογνωσία των διαφορετικών ερευνητικών ομάδων σε όλο το Cambridge και το Imperial».

Πολλαπλά εικονοστοιχεία BiOI και BiOI-BiVO4 σε μια συσκευή για την παραγωγή υδρογόνου από νερό

Επανάσταση στην παραγωγή καυσίμων μέσω της ηλιακής ενέργειας

Η ομάδα των ερευνητών δημιούργησε συσκευές που μιμούνται τη φυσική διαδικασία φωτοσύνθεσης που συμβαίνει στα φύλλα των φυτών, με τη διαφορά ότι παράγουν καύσιμα όπως υδρογόνο αντί για σάκχαρα. Αυτές οι συσκευές τεχνητών φύλλων κατασκευάστηκαν από BiOI και άλλα βιώσιμα υλικά, συγκεντρώνοντας το ηλιακό φως για την παραγωγή O2, H2 και CO.

Οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να αυξήσουν τη σταθερότητα αυτών των συσκευών, εισάγοντας BiOI μεταξύ δύο στρωμάτων οξειδίου. Η στιβαρή δομή της συσκευής με βάση το οξείδιο επικαλύφθηκε περαιτέρω με μια υδατοαπωθητική πάστα γραφίτη, η οποία απέτρεψε τη διείσδυση υγρασίας. Αυτό παρέτεινε τη σταθερότητα των εικονοστοιχείων απορρόφησης φωτός από οξυιωδιούχο βισμούθιο από λίγα λεπτά σε μερικούς μήνες, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου που οι συσκευές έμειναν σε αποθήκευση.

Αυτό είναι ένα σημαντικό εύρημα που μετατρέπει το BiOI σε μια βιώσιμη λύση συλλογής φωτός με σκοπό τη σταθερή παραγωγή πράσινου υδρογόνου. «Αυτά τα στρώματα οξειδίου βελτιώνουν την ικανότητα παραγωγής υδρογόνου σε σύγκριση με το μεμονωμένο BiOI», δήλωσε ο Δρ Robert Jagt (Τμήμα Επιστήμης και Μεταλλουργίας Υλικών, Πανεπιστήμιο του Cambridge), ένας από τους επικεφαλείς συγγραφείς της επιστημονικής εργασίας.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν περαιτέρω ότι οι συσκευές τεχνητών φύλλων που αποτελούνταν από πολλαπλές περιοχές συλλογής φωτός (που ονομάζονται «pixels») επέδειξαν υψηλότερη απόδοση σε σχέση με τις συμβατικές συσκευές με ένα μόνο μεγαλύτερο εικονοστοιχείο ίδιου συνολικού μεγέθους. Αυτό το εύρημα θα μπορούσε να κάνει την αύξηση της κλίμακας καινοτομων συλλεκτών φωτός πολύ ευκολότερη και ταχύτερη με σκοπό τη βιώσιμη παραγωγή καυσίμου.

Ο Δρ Virgil Andrei, επικεφαλής συγγραφέας από το Τμήμα Χημείας στο Cambridge, εξηγεί: «Ακόμη και αν κάποια pixel είναι ελαττωματικά, μπορέσαμε να τα αποσυνδέσουμε, ώστε να μην επηρεάσουν τα υπόλοιπα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να διατηρήσουμε την απόδοση των μικρών pixel σε μια μεγαλύτερη περιοχή». Αυτή η αυξημένη απόδοση επέτρεψε στη συσκευή όχι μόνο να παράγει υδρογόνο αλλά και να ανάγει το CO2 σε syngas (αέριο σύνθεσης), ένα σημαντικό ενδιάμεσο προϊόν στη βιομηχανική σύνθεση χημικών και φαρμακευτικών προϊόντων.

Κοιτάζοντας το μέλλον

Τα ευρήματα δείχνουν τη δυνατότητα αυτών των νέων συσκευών να ξεπεράσουν σε απόδοση τους υπάρχοντες συλλέκτες φωτός. Οι νέοι τρόποι για να γίνουν πιο σταθερές οι συσκευές τεχνητών φύλλων BiOI μπορούν τώρα να μεταφραστούν σε άλλα νέα συστήματα, συμβάλλοντας στην εμπορευματοποίησή τους.

«Αυτή είναι μια συναρπαστική εξέλιξη! Προς το παρόν, λίγα συστήματα παραγωγής καυσίμων με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας παρουσιάζουν σταθερότητα που είναι συμβατή με εμπορικές εφαρμογές. Με αυτό το έργο, κάνουμε ένα βήμα προς την καθιέρωση μιας κυκλικής οικονομίας καυσίμου», δήλωσε ο καθηγητής Erwin Reisner (Τμήμα Χημείας, Cambridge), ένας από τους συμμετέχοντες συγγραφείς.

Πηγή: Thebrightside.news

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER