Rdza, woda i światło słoneczne. Tylko tyle potrzeba, żeby wyprodukować ekologiczne paliwo. Dzięki staraniom szwajcarskich naukowców już niebawem będzie można w tani i prosty sposób rozpocząć produkcję wodoru.
Naukowcy z Politechniki Federalnej w Lozannie rozwijają technologię przemiany energii słonecznej w czyste paliwo, które nie będzie emitowało do atmosfery dwutlenku węgla, czyli wodór. Podstawowe składniki, dzięki którym chcą sprawić, żeby proces produkcji był efektywny i możliwy do przeprowadzenia przez każdego, to woda i tlenki metal. Na przykład tlenek żelaza, czyli po prostu... rdza.
Niby nic nowego
Pomysł na przemianę energii słonecznej w wodór nie jest nowy - znaleźć na to najlepszy sposób próbuje się już od ponad 40 lat. W latach 90. wzięli się za to badacze Politechniki, a ich konkurentem był wybitny naukowiec Michaël Grätzel.
Wraz ze swoim kolegą, wynalazł on podwójne słoneczne ogniwa fotoelektochemiczne (ang. photoelectrochemical tandem solar cells). Dzięki nim można produkować wodór z wody - przebiega to w podobny sposób, co elektroliza wody.
Pomysł Grätzela...
Podstawą tego prototypu są ogniwa słoneczne wrażliwe na barwę (ang. dye-sensitized solar cell, DSSC), połączone z bazującym na tlenkach półprzewodniku. Urządzenie jest samowystarczalne. Produkowane przez nie elektrony działają na cząsteczki wody, przekształcając je po prostu w tlen i w wodór. W tym samym płynie są zanurzone dwie niezależne od siebie "warstwy" urządzenia, które - stymulowane przez światło słoneczne - muszą produkować elektrony. Te "warstwy" to tlenkowy półprzewodnik, który pozwala na pozyskanie tlenu, oraz właśnie DSSC, dzięki któremu pozyskuje się wodór.
... należy uprościć
Zespół, na czele którego stanął Kevin Sivula, skupił się teraz na tym, żeby zmniejszyć koszty produkcji wodoru za pomocą urządzenia zaproponowanego przez Grätzela. System, jaki opracował Grätzel jest bowiem bardzo drogi - 10 cm kwadratowych powierzchni fotoelektrochemicznych ogniw kosztuje 10 tysięcy dolarów.
Grupa Sivuli od razu nałozyła sobie ograniczenie - postanowiła bowiem używać tylko ogólnodostępnych i tanich materiałów oraz prostych technik. Jak sami przyznali, to nie było łatwe, jednak w pewnym stopniu udało się - najdroższym elementem urządzenia był... szklany talerz. - Chcemy, żeby metr kwadratowy ogniw fotoelektrochemicznych kosztował nie więcej niż 80 dolarów - powiedział naukowiec. - Za tę cenę będziemy mogli konkurować z innymi producentami wodoru - dodał.
Użyto rdzy
Półprzewodnik, dzięki któremu dochodzi do produkcji tlenu cząsteczkowego w reakcji chemicznej, to po prostu tlenek żelaza, czyli rdza - Jest to satabilny materiał, jednak najgorszy ze wszystkich ogólnodostępnych półprzewodników - zaznaczył.
Dlatego też zdecydowano się na jego zmodyfikowanie. Ulepszony tlenek żelaza został wzmocniony tlenkiem krzemu, pokryty cieniutką warstwą tenku aluminium oraz tlenkiem kobaltu. Te zabiegi pozwoliły zoptymalizować elektrochemiczne właściwości materiału, jednak byłoby one trudne do przeprowadzenia przez zwykłych ludzi.
- Musimy rozwinąć łatwiejsze metody przygotowania tlenku żelaza - przyznał Sivula.
Druga część urządzenia składa się z barwnika i tlenku tytanu, a więc z podstawowych składników DSSC. Ta druga warstwa pozwala elektronom przewodzonym przez tlenek żelaza zdobyć tyle energii, żeby można było wydobyć wodór z wody.
To przełom
Rozwiązania zastosowane przez badaczy są jeszcze testowane. Poświęcono im jednak artykuł w dzienniku "Nature Photonics", po którym okrzyknięto je "przełomowymi".
Autor: map/mj / Źródło: sciencedaily.com