211service.com
Een veelbelovende stap in de richting van 24-uurs zonne-energie
Als zonne-energie een primaire bron van elektriciteit over de hele wereld moet worden, hebben we goedkope manieren nodig om energie van de zon op te slaan als deze niet schijnt. Een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap deze week meldt een grote stap in de richting van een dergelijk systeem. Onderzoekers hebben een apparaat ontwikkeld dat de energie in zonlicht goedkoop en efficiënt omzet in waterstof, dat als brandstof kan worden gebruikt en gemakkelijk kan worden opgeslagen.
Door zonne-energie die aan deze elektroden wordt geleverd, kunnen ze waterstof en zuurstof uit water produceren.
Michael Graetzel , die het laboratorium voor fotonica en interfaces aan de Ecole Polytechnique in Lausanne, Zwitserland leidt, bouwde samen met collega's in Korea en Singapore een apparaat dat elektriciteit en katalysatormaterialen gebruikt om waterstof en zuurstof uit water te maken. Deze nieuwe watersplitser, zoals dergelijke apparaten bekend staan, is zeer efficiënt, maakt gebruik van goedkope en overvloedige materialen en is gemakkelijk te maken.
Onderzoekers zijn al tientallen jaren bezig met het splitsen van water op zonne-energie, en hoewel ze geweldige prestaties hebben geleverd in een of twee delen van zo'n apparaat, heeft niemand een compleet systeem gebouwd dat praktisch is.
Het nieuwe apparaat is opmerkelijk omdat het voldoet aan drie van de vier criteria die nodig zijn voor een praktisch apparaat: hoge efficiëntie, lage kosten en het gebruik van overvloedige materialen (zodat het op grote schaal kan worden gebruikt). De volgende stap is om te voldoen aan het vierde criterium: betrouwbaarheid. Het apparaat maakt gebruik van nieuwe, relatief hoogspanningszonnecellen om de benodigde elektriciteit op te wekken, samen met goedkope nieuwe katalysatormaterialen op basis van nikkel en ijzer voor twee elektroden - de ene produceert waterstof en de andere maakt zuurstof.
De katalysatoren bouwden voort op eerder werk dat aantoont dat nikkelhydroxide een veelbelovende katalysator is en dat het toevoegen van ijzer deze zou kunnen verbeteren. De onderzoekers voegden ijzer toe aan nikkelhydroxide om een gelaagde structuur te vormen, en plaatsten de katalysator op een poreus nikkelschuim om het gebied te vergroten waarover reacties kunnen plaatsvinden en ze te versnellen.
De zonnecellen gebruiken een goedkoop en gemakkelijk te vervaardigen materiaal dat bekend staat als perovskiet, dat voor opwinding heeft gezorgd in de onderzoeksgemeenschap omdat de efficiëntie de afgelopen jaren in een razend tempo is verbeterd (zie Een materiaal dat zonne-energie 'vuil goedkoop' kan maken' en gecontroleerde kristallen maken een nieuw zonnemateriaal praktisch).
De solar watersplitter slaat 12,3 procent van de energie in zonlicht op in de vorm van waterstof. Dat lijkt misschien een kleine hoeveelheid, maar bedenk dat de meeste zonnecellen slechts 16 procent van de energie in zonlicht omzetten in elektriciteit, zonder de extra stap om die energie om te zetten in gemakkelijk op te slaan waterstof.
Er is meer werk nodig voordat het apparaat praktisch kan zijn. Om te beginnen duurt het maar een paar uur voordat de prestaties van de zonnecel snel afnemen. Onderzoekers weten niet zeker waarom perovskietmaterialen snel degraderen, maar ze boeken vooruitgang, bijvoorbeeld door een laag koolstof toe te voegen of de manier te verbeteren waarop de zonnecellen tegen de elementen worden afgedicht. Onderzoekers hebben onlangs een perovskiet-zonnecel gedemonstreerd die meer dan een maand meeging.