211service.com
Kunstmatige fotosynthese zet een stap vooruit
Een door de Amerikaanse overheid gesteunde onderzoeksinspanning heeft een belangrijke stap gezet in de richting van het nabootsen van het vermogen van een plant om zonlicht en water om te zetten in brandstof. Het probleem is dat de onderzoekers niet genoeg geld hebben om de inspanning voort te zetten.
De Gemeenschappelijk Centrum voor Kunstmatige Fotosynthese (JCAP), een onderzoeksprogramma dat in 2010 door de regering-Obama is opgezet, omvat onderzoekers van verschillende academische laboratoria, geleid door een team van Caltech. Deze onderzoekers hebben een manier aangetoond om de levensduur te verlengen van een veelbelovend type zonne-elektrolyzer, die zonlicht gebruikt om water direct te splitsen om zuurstof en waterstof te vormen. De geproduceerde waterstof zou kunnen worden opgeslagen en gebruikt om 's nachts elektriciteit op te wekken in energiecentrales of brandstofcelvoertuigen.
JCAP werd in 2010 opgericht als een van de weinige U.S. Department of Energy Innovation Hubs, met een belofte van $ 122 miljoen over een periode van vijf jaar. Nathan Lewis, de directeur van het centrum, hoopt dat de laatste vooruitgang het Congres kan overtuigen om de financiering uit te breiden. We zijn nu goed bezig en hopen door te kunnen gaan, zegt hij.
Het is mogelijk om indirect waterstof te maken met zonne-energie, door zonnepanelen te gebruiken om een conventionele elektrolyseur van stroom te voorzien. Maar dit is duur - een hoeveelheid waterstofbrandstof gelijk aan een gallon benzine zou $ 10 tot $ 20 kosten. Een apparaat dat zonlicht kan gebruiken om water te splitsen, zou de kosten aanzienlijk kunnen verlagen; Lewis zegt dat de resulterende waterstof slechts $ 2 tot $ 4 kan kosten voor een bedrag gelijk aan een gallon benzine, hoewel hij zegt dat het te vroeg is om veel vertrouwen te stellen in dergelijke schattingen.
De JCAP-onderzoekers gebruikten twee commercieel bewezen technologieën om hun apparaat te maken: elektrolyse en silicium- of cadmiumtelluride-zonnecellen. Om kosten te besparen, combineerden ze elementen van beide in één apparaat op een manier die het minder complex en mogelijk efficiënter maakt. Elektrolyzers hebben twee elektroden die zijn uitgerust met katalysatoren die de hoeveelheid energie verminderen die nodig is om water te splitsen. In het nieuwe systeem hebben onderzoekers katalysatoren aan zonnecellen toegevoegd, waardoor ze als elektrolyse-elektroden kunnen fungeren, waardoor het aantal onderdelen wordt verminderd. Ze optimaliseerden ook de katalysatoren om met de zonnecellen te werken.
De alkalische oplossingen die in de meeste elektrolyzers worden gebruikt, vernietigen normaal gesproken zonnecellen in seconden, maar de onderzoekers ontdekten dat een soort nikkeloxide als katalysator kan dienen en ook zonnecellen kan beschermen. De katalysator helpt zuurstofatomen vrij te maken uit watermoleculen en produceert zuurstofgas, gebruikmakend van energie uit de zonnecellen. In tests zorgde het materiaal ervoor dat de zonnecellen meer dan 1.000 uur meegingen - niet lang genoeg voor een commercieel apparaat, maar een dramatische verbetering.
Het apparaat werkt als een van de twee elektroden in een elektrolyseur. Voor een praktisch apparaat moet de waterstofkatalysator worden verbeterd. Er bestaan enkele efficiënte katalysatoren, maar ze werken meestal in zure omgevingen, niet in alkalische.