Niezwykle wydajna fotokataliza przekształca wodę z kranu w wodór przy użyciu wyłącznie światła słonecznego
Wodór jako źródło energii jest ważnym elementem zrównoważonej gospodarki. Nie tylko ciężarówki, pociągi i samochody są już zasilane wodorem dzięki ogniwom paliwowym. Jest on również wykorzystywany w produkcji stali, w przemyśle chemicznym i jako nośnik energii odnawialnej.
Wciąż jest jednak miejsce na ulepszenia w jego produkcji. Podczas gdy produkcja z gazu ziemnego prawdopodobnie i tak zostanie wykluczona w przyszłości, ale obecnie jest bezkonkurencyjnie tania, elektroliza wymaga energii elektrycznej. A dopóki nie jest ona dostępna w obfitości ze źródeł odnawialnych, produkcja wodoru jest bardziej nieefektywna niż jego bezpośrednie wykorzystanie lub, na przykład, wykorzystanie akumulatorów.
To sprawia, że podejście przyjęte przez grupę badawczą na Uniwersytecie Stanowym w Oregonie jest tym bardziej eleganckie. Konstrukcja ramowa wykonana z metalu i elementów organicznych z porami w zakresie nanometrów wymaga jedynie bezpośredniego światła słonecznego, aby wydobyć czysty wodór ze zwykłej wody.
Skok wydajności
Zasada ta nazywana jest fotokatalizą. Proces chemiczny jest uruchamiany wyłącznie przez absorpcję fotonów ze światła słonecznego. Podstawowa technologia jest już znana. Jednak poprzednie projekty wykorzystujące cynk, ind lub tytan były w stanie wykorzystać jedynie od 0,3 do 0,7 procent padającej energii słonecznej do produkcji wodoru.
Dzięki zoptymalizowanej strukturze i zastosowaniu rutenu, bardzo rzadkiego metalu przejściowego, wydajność można zwiększyć do 10,0 procent, czyli od 15 do 30 razy lepiej. Chociaż wartość ta jest nadal znacznie poniżej współczynnika konwersji komercyjnego ogniwa słonecznego, wodór jest uzyskiwany bezpośrednio bez objazdów, a zatem bez dalszych strat energii.
W eksperymentach uzyskano 10 000 mikromoli wodoru na godzinę i gram wody. Podczas gdy chemicy i badacze materiałów już byliby pod wrażeniem, konwersja może pomóc wszystkim innym.
Prawie 20 procent H2 zawartego w wodzie może zostać rozpuszczone w ciągu godziny. Oznacza to, że 50 litrów wody wystarcza do uzyskania kilograma wodoru w ciągu godziny. W testach z normalną wodą zasilającą, wskaźnik ten był nieco gorszy. Potrzebne byłoby wówczas około 60 litrów (16 galonów USA).
Wystarczyłaby powierzchnia niecałych 100 metrów kwadratowych. W końcu jeden kilogram wodoru wystarcza do przejechania prawie 100 kilometrów (60 mil) lub ogrzania domu przez kilka godzin.
Źródło(a)
