211service.com
Ar saules enerģiju darbināma ūdeņraža ražošana
Pētnieki Šveicē ir pierādījuši efektīvākas ūdens sadalīšanas saules baterijas, kuru pamatā ir lēts, bagātīgs un ilgstošs materiāls: rūsa. Šis progress varētu radīt lētu un energoefektīvu veidu, kā ražot ūdeņradi kurināmā elementu transportlīdzekļiem, izmantojot saules enerģiju.
Ūdeņraža ražošanas jomā ūdeni sadalošiem saules paneļiem būtu svarīgas priekšrocības salīdzinājumā ar esošajām tehnoloģijām. Pašlaik galvenais ūdeņraža iegūšanas veids ir atdalīt to no dabasgāzes, kas ir process, kas rada oglekļa dioksīdu un samazina galveno motivāciju pāriet uz ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļiem: izbeidzot atkarību no fosilā kurināmā. Pašreizējā alternatīva ir elektrolīze, kas izmanto elektrību, lai sadalītu ūdeni ūdeņradī un skābeklī, un abas gāzes veidojas pretējos elektrodos. Lai gan elektrolīze ir dārga, tā var būt tīrāka, ja elektroenerģijas avots ir vējš, saule vai kāds cits oglekli nesaturošs avots.
Bet, ja elektroenerģijas avots ir saule, daudz efektīvāk būtu izmantot saules enerģiju, lai ražotu ūdeņradi ar fotoķīmisku procesu pašā šūnā. Uzlabojot šādu saules paneļu efektivitāti, Mihaels Grēcels , ķīmijas profesors Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Šveicē, un viņa kolēģi ir spēruši svarīgu soli ceļā uz šo mērķi.
Pētnieki ir parādījuši, ka, iekļaujot nelielu daudzumu silīcija un kobalta, viņi var izaudzēt nanostrukturētas plānas dzelzs oksīda plēves, kas pārvērš saules gaismu elektronos, kas nepieciešami ūdeņraža veidošanai no ūdens. Un ar šo materiālu dzelzs oksīda plēves to dara efektīvāk nekā jebkad agrāk.
Dzelzs oksīds jau sen ir bijis pievilcīgs materiāls šādiem saules paneļiem, daļēji tāpēc, ka tas labi iztur saskarē ar ūdeni. Bet, lai gan tas var absorbēt saules gaismu, iegūtie lādiņnesēji nevarēja viegli izkļūt no materiāla, tāpēc tie rekombinējās, iznīcinot viens otru, pirms tie varēja sadalīt ūdeni. Leģējot rūsu ar silīciju, pētnieki pierunāja materiālu, veidojot ziedkāpostam līdzīgas struktūras ar ārkārtīgi lielu virsmas laukumu, nodrošinot, ka liela daļa materiālā esošo atomu ir saskarē ar ūdeni vai ļoti tuvu tam. Tādā veidā caurumi varētu viegli iekļūt ūdenī, kur tie veicina skābekļa gāzes veidošanos. Silīcijs arī uzlabo elektronu vadītspēju materiālā, kas ir svarīgi ūdeņraža gāzes ģenerēšanai pretējā elektrodā. Pētnieki vēl vairāk uzlaboja procesu, pievienojot kobaltu, kas darbojas kā reakciju katalizators.
Grätzel jaunās dzelzs oksīda plēves var pārvērst iespaidīgus un, pēc pētnieku domām, vēl nepieredzētus 42 procentus ultravioleto fotonu saules gaismā elektronos un caurumos. Bet sistēmas kopējā efektivitāte ir tikai aptuveni 4 procenti, daļēji tāpēc, ka dzelzs oksīds neuzsūc visas saules spektra daļas.
Grätzela jaunā pētījuma galvenais sasniegums, kas parādās pašreizējā izdevuma numurā Amerikas Ķīmijas biedrības žurnāls , ir tas, ka tajā ļoti detalizēti tiek pārbaudīta mijiedarbība sistēmā, saka Braiens Holkrofts, uzņēmuma izpilddirektors. Ūdeņraža saules enerģija , uzņēmums, kas atrodas Gildfordā, Apvienotajā Karalistē, un kas izstrādā veidus, kā masveidā ražot paneļus, iedvesmojoties no Grätzel materiāliem. Rezultāti liecina par vairākām stratēģijām, kas varētu palīdzēt paneļiem, kuru pamatā ir dzelzs oksīds, sasniegt 10 procentu efektivitātes līmeni, kas padarītu tehnoloģiju konkurētspējīgu ar pašreizējiem ūdeņraža radīšanas veidiem, saka Holkrofts. (Dzelzs oksīda efektivitāte teorētiski varētu būt pat 20 procenti.) Tie ietver silīcija un kobalta daudzuma un izvietojuma regulēšanu un plēvju struktūras uzlabošanu.
Ja šo efektivitātes līmeni var sasniegt, ūdeņradi radošā saules enerģija varētu mazināt dažas problēmas, kas draud padarīt ūdeņraža kurināmā elementu transportlīdzekļus nepraktiskus, saka Džordžs Sverdrups, ūdeņraža tehnoloģiju vadītājs. Nacionālā atjaunojamās enerģijas laboratorija (NREL), Golden, CO. Piemēram, ja patērētāji un uzņēmumi izmantotu šos paneļus, lai ražotu ūdeņradi, nevis iegūtu ūdeņradi no lielas iekārtas, tas samazinātu ūdeņraža piegādes izmaksas, padarot ūdeņradi pieejamāku. Saules un ūdeņraža paneļi būtu efektīvāki nekā mazās elektrolīzes iekārtas, un tie nodrošinātu, ka ūdeņradis nāk no atjaunojamiem avotiem.
Taču izaicinājumi paliek. Piemēram, Hydrogen Solar pētnieki meklē aizstājēju dārgajam platīnam, ko tagad izmanto vienā no šūnas elektrodiem, un tas būs svarīgi izmaksu samazināšanai, jo īpaši tādēļ, ka palielinās pieprasījums pēc platīna šajā un citos lietojumos, piemēram, degvielā. šūnas. Tikmēr Sverdrups saka, ka citi pētnieki, tostarp NREL, strādā ar materiāliem, kas ir daudz efektīvāki par dzelzs oksīdu, bet līdz šim ir izturējuši tikai stundas. Ja pētnieki var padarīt tos ilgākus, materiāli varētu izaicināt dzelzs oksīdu.