211service.com
Goedkope waterstof
Nanoptek , een startup gevestigd in Maynard, MA, heeft een nieuwe manier ontwikkeld om waterstof uit water te maken met behulp van zonne-energie. Het bedrijf zegt dat zijn proces goedkoop genoeg is om te concurreren met de goedkoopste methoden die nu worden gebruikt, waarbij waterstof uit aardgas wordt gehaald, en het heeft het verdere voordeel dat er geen koolstofdioxide vrijkomt.
Zonne-gassen: Een parabolische trog kan zonlicht richten op nanogestructureerde titania, wat de efficiëntie verbetert van een nieuw systeem voor het genereren van waterstof door water te splitsen.
Nanoptek, dat de nieuwe technologie gedeeltelijk heeft ontwikkeld met subsidies van NASA en het Department of Energy (DOE), heeft onlangs zijn eerste risicokapitaalronde afgerond en heeft $ 4,7 miljoen opgehaald voor de installatie van zijn eerste proeffabriek. De technologie maakt gebruik van titania, een goedkoop en overvloedig materiaal, om energie uit zonlicht op te vangen. De geabsorbeerde energie maakt elektronen vrij, die water splitsen om waterstof te maken. Andere onderzoekers hebben in het verleden titaniumdioxide gebruikt om water te splitsen, maar Nanoptek-onderzoekers hebben een manier gevonden om titaniumdioxide aan te passen om meer zonlicht te absorberen, wat het proces veel goedkoper en efficiënter maakt, zegt John Guerra, de oprichter en CEO van het bedrijf.
Onderzoekers weten sinds de jaren zeventig dat titania reacties kan katalyseren die water splitsen. Maar hoewel titaniumdioxide een goed materiaal is omdat het goedkoop is en niet afbreekt in water, absorbeert het alleen ultraviolet licht, dat een klein deel van de energie in zonlicht vertegenwoordigt. Andere onderzoekers hebben geprobeerd de hoeveelheid zonlicht die wordt geabsorbeerd te vergroten door titania te combineren met kleurstoffen of doteerstoffen, maar kleurstoffen zijn lang niet zo duurzaam als titania, en doteerstoffen hebben geen efficiënte systemen geproduceerd, zegt John Turner, die waterstofgeneratietechnologieën ontwikkelt bij de Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie (NREL), in Golden, CO.
De aanpak van Nanoptek maakt gebruik van inzichten uit de halfgeleiderindustrie om titaniumdioxide meer zonlicht te laten absorberen. Guerra zegt dat chipmakers al lang weten dat het uitpersen van een materiaal zodat de atomen een beetje tegen elkaar gedrukt of uit elkaar worden getrokken, de elektronische eigenschappen van het materiaal verandert. Hij ontdekte dat het afzetten van een coating van titania op koepelachtige nanostructuren ervoor zorgde dat de atomen uit elkaar werden getrokken. Als je de atomen uit elkaar trekt, is er minder energie nodig om de elektronen uit hun baan te slaan, zegt hij. Dat betekent dat u licht met een lagere energie kunt gebruiken, wat zichtbaar licht betekent in plaats van alleen ultraviolet licht.
De spanning op de atomen heeft ook invloed op de manier waarop elektronen door het materiaal bewegen. Te veel spanning, en de elektronen hebben de neiging om opnieuw door het materiaal te worden geabsorbeerd voordat ze water splitsen. Guerra zegt dat het bedrijf een balans heeft moeten vinden tussen het absorberen van meer zonlicht en het toestaan van de elektronen om vrij uit het materiaal te bewegen. Nanoptek heeft ook goedkopere manieren ontwikkeld om de nanogestructureerde materialen te vervaardigen. Aanvankelijk gebruikte het bedrijf dvd-productieprocessen, maar het is sindsdien overgestapt op een nog goedkoper eigen proces.
John Turner van NREL zegt dat het proces van Nanoptek zeer, zeer veelbelovend is. En Harriet Kung, de waarnemend directeur van het DOE-bureau voor basisenergiewetenschappen, dat het werk van Nanoptek heeft gefinancierd, zegt dat de gespannen-titania-benadering een van de belangrijkste opwindende vorderingen is sinds de eerste ontdekking van titania als fotokatalysator in de jaren zeventig.
Als het werkt zoals verwacht, kan de technologie helpen bij het aanpakken van een van de fundamentele problemen bij het gebruik van waterstof als brandstof. Waterstof is aantrekkelijk omdat het licht is, en bij verbranding levert het alleen water op. Maar tegenwoordig wordt de meeste waterstof gemaakt van aardgas, een proces waarbij aanzienlijke hoeveelheden koolstofdioxide vrijkomen. De andere belangrijke optie is elektrolyse. Maar zelfs als het wordt aangedreven door schone energie, zoals elektriciteit van fotovoltaïsche energie, is elektrolyse inefficiënt en duur. Guerra zegt dat het gebruik van gespannen titania en het goedkope productieproces van Nanoptek het proces goedkoop en efficiënt genoeg maakt om te concurreren met processen die waterstof maken uit aardgas. Bovendien, zegt Guerra, kan de Nanoptek-technologie dichter bij klanten worden geplaatst dan grootschalige aardgasprocessen, wat de transportkosten aanzienlijk zou kunnen verlagen, waardoor de technologie aantrekkelijker zou worden. En als in de toekomst koolstofemissies worden belast of gereguleerd, is de koolstofvrije aanpak van Nanoptek een ander voordeel.
Turner zegt dat naast het maken van waterstof voor brandstofcelvoertuigen, het proces van Nanoptek – als het inderdaad efficiënt en goedkoop is, zoals het bedrijf beweert – ook belangrijk kan zijn voor grootschalige zonne-elektriciteit. Als zonne-energie ooit een dominante energiebron wil worden, zal het van essentieel belang zijn om manieren te vinden om de energie op te slaan voor gebruik 's nachts. En waterstof, zegt hij, zou een goede manier kunnen zijn om het op te slaan.