211service.com
Saulės energija varoma vandenilio gamyba
Šveicarijos mokslininkai pademonstravo efektyvesnius vandenį skaidančius saulės elementus, pagamintus iš pigios, gausios ir ilgaamžės medžiagos – rūdžių. Pažanga gali padėti sukurti pigų ir energiją taupantį būdą gaminti vandenilį kuro elementų transporto priemonėms, naudojančioms saulės energiją.
Vandenį skaidančios saulės baterijos turėtų svarbių pranašumų, palyginti su esamomis technologijomis vandenilio gamybos požiūriu. Šiuo metu pagrindinis vandenilio gamybos būdas yra atskirti jį nuo gamtinių dujų – proceso, kurio metu susidaro anglies dioksidas ir sumažėja pagrindinė motyvacija pereiti prie vandenilio kuro elementų transporto priemonių: nutraukti priklausomybę nuo iškastinio kuro. Dabartinė alternatyva yra elektrolizė, kuri naudoja elektrą vandeniui suskaidyti į vandenilį ir deguonį, o dvi dujos susidaro priešinguose elektroduose. Nors elektrolizė yra brangi, ji gali būti švaresnė, jei elektros energijos šaltinis yra vėjas, saulė ar kitas šaltinis be anglies.
Tačiau jei elektros energijos šaltinis yra saulė, būtų daug efektyviau panaudoti saulės energiją vandeniliui gaminti fotocheminiu procesu pačioje ląstelėje. Padidinus tokių saulės baterijų efektyvumą, Michaelas Grätzelis , chemijos profesorius Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Šveicarijoje, ir jo kolegos žengė svarbų žingsnį šio tikslo link.
Tyrėjai parodė, kad įtraukę nedidelį kiekį silicio ir kobalto, jie gali išauginti nanostruktūrines plonas geležies oksido plėveles, kurios saulės šviesą paverčia elektronais, reikalingais vandeniliui iš vandens susidaryti. Ir geležies oksido plėvelės tai daro efektyviau nei bet kada anksčiau su šia medžiaga.
Geležies oksidas jau seniai buvo patraukli tokių saulės baterijų medžiaga, iš dalies dėl to, kad jis gerai laikosi sąlytyje su vandeniu. Tačiau nors jis gali sugerti saulės šviesą, susidarę krūvininkai negalėjo lengvai ištrūkti iš medžiagos, todėl jie rekombinavo ir panaikino vienas kitą, nespėjo suskaidyti vandens. Legiruodami rūdis su siliciu, mokslininkai prijaukino medžiagą, kad suformuotų į žiedinius kopūstus panašias struktūras, turinčias itin didelį paviršiaus plotą, užtikrinant, kad didelė dalis medžiagos atomų liestųsi su vandeniu arba labai arti jo. Tokiu būdu skylės gali lengvai patekti į vandenį, kur jos skatina deguonies dujų susidarymą. Silicis taip pat pagerina elektronų laidumą medžiagoje, o tai svarbu generuojant vandenilio dujas priešingame elektrode. Tyrėjai dar labiau pagerino procesą pridėdami kobalto, kuris veikia kaip reakcijų katalizatorius.
Naujosios Grätzel geležies oksido plėvelės gali paversti įspūdingus ir, pasak mokslininkų, precedento neturinčius 42 procentus ultravioletinių fotonų saulės šviesoje į elektronus ir skyles. Tačiau bendras sistemos efektyvumas yra tik apie 4 procentus, iš dalies dėl to, kad geležies oksidas nesugeria visų saulės spektro dalių.
Pagrindinis Grätzel naujojo tyrimo laimėjimas, kuris pasirodo dabartiniame žurnalo numeryje Amerikos chemijos draugijos žurnalas , yra tai, kad ji labai išsamiai išnagrinėja sąveiką sistemoje, sako Brianas Holcroftas, bendrovės generalinis direktorius. Vandenilio saulės energija , įmonė, įsikūrusi Gildforde, JK, kurianti būdus, kaip masiškai gaminti plokštes, įkvėptas Grätzel medžiagų. Išvados siūlo keletą strategijų, kurios galėtų padėti geležies oksido pagrindu pagamintiems skydams pasiekti 10 procentų efektyvumo lygį, dėl kurio technologija būtų konkurencinga dabartiniams vandenilio kūrimo būdams, sako Holcroft. (Geležies oksido efektyvumas teoriškai galėtų būti net 20 proc.) Tai apima silicio ir kobalto kiekio ir išdėstymo reguliavimą bei plėvelių struktūros tobulinimą.
Jei pavyks pasiekti tokį efektyvumo lygį, vandenilį generuojanti saulės energija galėtų sušvelninti kai kuriuos iššūkius, dėl kurių vandenilio kuro elementais varomos transporto priemonės taps nepraktiškos, sako George'as Sverdrupas, vandenilio technologijų vadovas. Nacionalinė atsinaujinančios energijos laboratorija (NREL), Golden, CO. Pavyzdžiui, jei vartotojai ir įmonės naudotų šias plokštes vandeniliui gaminti, o ne gautų vandenilį iš didelio įrenginio, tai sumažintų vandenilio gabenimo išlaidas, todėl vandenilis būtų prieinamesnis. Saulės ir vandenilio plokštės būtų efektyvesnės nei mažos elektrolizės mašinos ir užtikrintų, kad vandenilis būtų gaunamas iš atsinaujinančių šaltinių.
Tačiau iššūkiai išlieka. Pavyzdžiui, „Hydrogen Solar“ tyrėjai ieško brangios platinos, dabar naudojamos viename iš elementų elektrodų, pakaitalo, o tai bus svarbu siekiant sumažinti išlaidas, ypač didėjant platinos paklausai šioje ir kitose srityse, pvz., degaluose. ląstelės. Tuo tarpu Sverdrupas teigia, kad kiti tyrėjai, įskaitant NREL, dirba su medžiagomis, kurios yra daug efektyvesnės nei geležies oksidas, tačiau iki šiol truko tik valandas. Jei tyrėjai galės juos išlaikyti ilgiau, medžiagos gali sukelti iššūkį geležies oksidui.