211service.com
Goedkope waterstof uit zonlicht en water
Door een fotovoltaïsch materiaal op zonne-energie veerkrachtiger te maken, hebben onderzoekers mogelijk een manier gevonden om kunstmatige fotosynthese - dat wil zeggen zonlicht te gebruiken om brandstof te maken - goedkoop genoeg te maken om te concurreren met fossiele brandstoffen.
Als je waterstof wilt om een motor of een brandstofcel aan te drijven, is het veel goedkoper om het uit aardgas te halen dan om het te maken door water te splitsen. Zonne-energie zou echter kunnen concurreren met aardgas als een manier om waterstof te maken als het zonneproces ergens tussen de 15 en 25 procent efficiënt zou zijn, zegt het Amerikaanse ministerie van Energie. Hoewel dat meer dan twee keer zo efficiënt is als de huidige benaderingen, onderzoekers aan de Stanford University hebben onlangs materialen ontwikkeld die het mogelijk zouden kunnen maken om dat doel te bereiken. Het werk wordt beschreven in het journaal Wetenschap .
Een manier om waterstof te maken met behulp van zonlicht, is door een zonnepaneel te gebruiken om elektriciteit te maken en die elektriciteit vervolgens te gebruiken om een commerciële elektrolyseur aan te drijven die water splitst en waterstof en zuurstof vormt. Maar het zonnepaneel en de elektrolyseur combineren in één apparaat is wellicht goedkoper en efficiënter. De elektronen die worden geproduceerd wanneer licht een fotovoltaïsch materiaal raakt, zouden chemische reacties kunnen vergemakkelijken, en de kapitaalkosten van één machine zouden waarschijnlijk lager zijn dan de kosten van twee (zie A Greener 'Artificial Leaf', Sun Catalytix Seeks Second Act with Flow Battery en Artificial Fotosynthese-inspanning schiet wortel).
Onderzoekers weten al geruime tijd dat je 15 tot 25 procent efficiëntie zou kunnen bereiken als je twee zonnecelmaterialen in zo'n systeem zou combineren. Eén zonnecel zou de helft van de watersplitsingsreactie aandrijven - waterstof vormend. De andere zou zuurstof kunnen vormen.
Het waterstofgedeelte is nu zo goed als opgelost, maar onderzoekers hebben problemen gehad met het zuurstofgedeelte. De meest efficiënte zonnecelmaterialen voor deze reactie (bijvoorbeeld silicium) corroderen snel. De Stanford-onderzoekers ontdekten dat ze silicium dagenlang konden laten meegaan in plaats van slechts een paar uur, door het te bekleden met een beschermende laag nikkel van slechts twee miljardste van een meter dik. De materialen splitsten water gedurende drie dagen voordat de onderzoekers het experiment stopten om de materialen op schade te onderzoeken. Ze vonden er geen.
Andere materialen, zoals metaaloxiden, kunnen zo lang meegaan, maar ze splitsen water heel langzaam. De nieuwe materialen zijn een orde van grootte sneller, zegt John Turner , een onderzoeker aan de Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie in Golden, Colorado. Meer dan 40 jaar werk aan oxiden heeft niet tot een dergelijk resultaat geleid, zegt hij.
Het kan nog even duren voordat de materialen worden gebruikt voor commerciële waterstofproductie. Om de benodigde efficiëntie te bereiken, zouden de materialen nog steeds moeten worden opgenomen in een systeem dat gebruik maakt van twee zonnecellen. En een grote resterende vraag is hoe lang de materialen meegaan. Om zuinig te zijn, moet een systeem minimaal vijf jaar meegaan, zegt Turner.