Συσκευές κατασκευασμένες από άμεσα διαθέσιμα οξείδια και υλικά με βάση τον άνθρακα μπορούν να παράγουν καθαρό υδρογόνο από νερό για διάστημα εβδομάδων σύμφωνα με έρευνα στην οποία συμμετέχουν το St. John's College του Πανεπιστημίου του Cambridge και το Imperial College του Λονδίνου.
Υλικά που δεν έχουν διερευνηθεί για συλλογή φωτός
Η έρευνα της οποίας ηγείται ο Δρ. Virgil Andrei, ερευνητής στο St. John's College του Πανεπιστημίου του Cambridge σε συνεργασία με ακαδημαϊκούς του Imperial College του Λονδίνου, θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση ενός από τα βασικά ζητήματα στην παραγωγή καυσίμων. Το υδρογόνο ως καύσιμο 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 οπότε παρουσιάζουν κίνδυνο διαρροής. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές εργάζονται για να αναπτύξουν εναλλακτικές λύσεις χωρίς μόλυβδο.
Το οξυιωδιούχο βισμούθιο (BiOI) είναι ένας ημιαγωγός που αποτελεί μια μη τοξική, εναλλακτική λύση, η οποία δεν έχει ερευνηθεί ιδιαίτερα για εφαρμογές παραγωγής καυσίμων με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας εξαιτίας της κακής σταθερότητας του στο νερό. Ωστόσο, 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 BiOI 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 στο Τμήμα Επιστήμης και Μεταλλουργίας Υλικών του Πανεπιστημίου του Cambridge, δήλωσε: «Δουλεύουμε πάνω σε αυτό το υλικό εδώ και αρκετό καιρό, κυρίως λόγω των, ευρέος φάσματος, 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».
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 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 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 BiOI 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 από το Πανεπιστήμιο του Cambridge. 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 καινοτόμων συλλεκτών φωτός πολύ ευκολότερη και ταχύτερη με σκοπό τη βιώσιμη παραγωγή καυσίμου.
Ο Δρ Virgil Andrei από το Τμήμα Χημείας στο Cambridge, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, 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, 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 εμπορευματοποίηση 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 από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου του Cambridge.
Με πληροφορίες από Thebrightside.news
