Novi fotosintetski uređaj učinkovitije proizvodi vodikovo gorivo

Učinkovitost fotosintetskog uređaja povećana za dva posto

Novi, stabilni uređaj za umjetnu fotosintezu višestruko povećava učinkovitost prikupljanja sunčeve svjetlosti u svrhu rastavljanja molekula slatke i slane vode, pritom prikupljajući vodik koji će se koristiti u gorivim ćelijama

Prednosti proizvodnje vodikova goriva

Vodik je najčišće gorivo – u procesu izgaranja dolazi jedino do emisije vode. Ali proizvodnja vodika nije uvijek ekološki prihvatljiva. Konvencionalne metode zahtijevaju korištenje prirodnog plina ili električne struje. Unaprijeđena metoda novog uređaja, nazvana izravno svjetlosno cijepanje vode, koristi samo vodu i sunčevu svjetlost.

„Ako bi smo mogli izravno pohraniti svjetlosnu energiju u obliku kemijskog goriva, kao što to priroda radi putem fotosinteze, mogli bi smo riješiti temeljni izazov obnovljive energije“, izjavio je Zetian Mi, profesor elektrotehnike i računarstva na Sveučilištu u Michiganu, koji je provodio istraživanje za vrijeme rada na Sveučilištu McGill.

Faqrul Alam Chowdhury, doktorand elektrotehnike i računarstva na Sveučilištu McGill u Montrealu, ustvrđuje da je problem solarnih ćelija nemogućnost pohrane električne energije bez baterija koje su općenito skupe i ograničenog životnog vijeka.

Ovaj uređaj izrađen je od istih materijala koji se najčešće koriste za izradu solarnih ćelija i ostale elektronike, uključujući silikon i galijev nitrid, koji se često koristi za izradu svjetlećih dioda (LED). Uređaj koji radi samo na sunčevu svjetlost i morsku vodu ima spreman dizajn za proizvodnju i otvara put za masovnu prozvodnju čistog vodikovog goriva.

Mikroskopski prikaz tornjeva galijeva nitrida / Fotografija: Faqrul A. Chowdhury, Sveučilište McGill

Povećanje učinkovitosti fotosintetskih uređaja

Prethodni uređaji za izravno svjetlosno cijepanje vode postigli su malo više od 1 % stabilne učinkovitosti u stvaranju vodika djelovanjem svjetlosti na slatku ili morsku vodu. Najveće mane drugačijih pristupa bile su korištenje skupih, neefikasnih ili nestabilnih materijala, poput titanijevog dioksida, koji bi mogli uključivati dodavanje jako kiselih otopina u svrhu postizanja veće efikasnosti.

Međutim, Mi i njegov tim uspjeli su postići više od 3 % učinkovitosti. Za postizanje tolike stabilne učinkovitosti, tim je izradio nano-gradsku panoramu s tornjevima od galijeva nitrida koji proizvode električno polje. Galijev nitrid pomoću svjetlosne energije, ili fotona, pokreće elektrone čime se stvaraju pozitivno nabijena prazna mjesta, tj. rupe, koja su popunjavali elektroni. Ti slobodni naboji (elektroni) rastavljaju molekule vode u vodik i kisik.

Mikroskopski prikaz tornjeva galijeva nitrida / Fotografija: Faqrul A. Chowdhury, Sveučilište McGill

„Kada ovu posebno izrađenu pločicu pogode fotoni, električno polje pomaže zasebnim elektronima, stvorenima pomoću svjetlosti, i rupama da učinkovitije pokreću proizvodnju molekula vodika i kisika“, objašnjava Chowdhury.

Trenutno, silikonska podloga čipa ne pridonosi njegovoj funkciji, ali bi mogla. Sljedeći korak bio bi korištenje silikona kao pomoć pri uhvatu svjetlosti i provođenju nositelja naboja do stupova galijeva nitrida.

„Iako se postotak učinkovitosti od 3 % čini malim, kada se stavi u kontekst 40 godina istraživanja ovog procesa, zapravo je veliki iskorak“, tvrdi Mi. „Prirodna fotosinteza, ovisno o tome kako se izračunava, postiže učinkovitost od 0,6 %.“

Mi dodaje da je 5-postotna učinkovitost granica za komercijalizaciju, a njegov tim cilja na 20 ili čak 30-postotnu učinkovitost.

Mogućnost uklanjanja CO2 iz atmosfere

Mi provodi slično istraživanje u nastojanju da odriješi ugljikov dioksid kisika u svrhu pretvaranja dobivenog ugljika u ugljikovodike poput metanola i sintetskog plina. Ovo bi istraživanje moglo poći putem potencijalnog uklanjanja ugljikova dioksida iz atmosfere na način kojim to rade biljke.

„To je zaista uzbudljivo“ kaže Mi.

Istraživači su uređaj opisali u časopisu Nature Communications.

 

Anamarija Beljan / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

HEP gradi pola milijarde kuna vrijednu Vjetroelektranu Korlat

Očekivana godišnja proizvodnja od oko 170 GWh, koja čini 1 posto godišnje potrošnje električne energije u Hrvatskoj, bit će dovoljna za opskrbu više od 50 tisuća kućanstava. Ukupna vrijednost investicije iznosi više od 500 milijuna kuna.

Bakterijska pretvorba kanalizacijskog otpada u čistu energiju

Purpurne fotosintetske bakterije, koje koriste svjetlosnu energiju za sintezu organskih spojeva, prilikom stimulacije električnom energijom mogu oporaviti gotovo sto posto ugljika iz bilo kojeg tipa organskog otpada, generirajući pritom plin vodik za kasnije korištenje kao gorivo.

Novi katalizator proizvodi vodik bez upotrebe fosilnih goriva

Australski znanstvenici otkrili su povoljan i učinkovit materijal za proizvodnju vodika, koji bi mogao zamijeniti postojeće katalizatore korištene tijekom elektrolize vode u kojoj, uslijed djelovanja električne energije, dolazi do razlaganja vode na vodik i kisik.

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER