Vetyä fotosynteesillä ja muita ilmastotekoja

Uusi vakaa keinotekoinen fotosynteesilaite kaksinkertaistaa auringonvalon hyödyntämisen tehokkuuden, jaettaessa vettä vedyn tuottamiseksi.

Vety on puhtaimmin poltettava polttoaine ja vesi on sen ainoa päästö. Mutta vedyn tuotanto ei ole aina ympäristöystävällistä. Perinteiset menetelmät edellyttävät maakaasua tai sähkövoimaa.

"Jos voimme suoraan varastoida aurinkoenergiaa kemiallisena polttoaineena, kuten luonto fotosynteesissä tekee, voisimme ratkaista uusiutuvan energian perustavanlaatuisen haasteen", sanoo Michiganin yliopiston sähkö- ja tietotekniikan professori Zetian Mi, joka johti tutkimusta ollessaan McGillin yliopistossa Montrealissa.

Aiemmat suorat aurinkosähköiset veden jakajat ovat saavuttaneet hieman yli yhden prosentin aurinko-vetyhyötysuhteen puhtaasta tai suolaisesta vedestä. Ne kärsivät kuitenkin kalliiden, tehottomien tai epävakaiden materiaalien käytöstä ja niihin voi liittyä hyvin happamia liuoksia suurempien tehokkuusetujen saavuttamiseksi.

Mi ja hänen tiiminsä saavuttivat kuitenkin yli kolmen prosentin aurinko/vety tuottohyötysuhteen. Tutkijatiimi rakensi nanomaisen kaupunkikuvion galliumnitridin tornirakenteista, jotka loivat sähkökentän. Galliumnitridi muuntaa valoa tai fotoneja liikkuviksi elektroneiksi ja aukoiksi. Nämä vapaat varaukset jakavat vesimolekyylejä vedyksi ja hapeksi.

Tällä hetkellä rakenteen taustalla oleva piikiekko ei vaikuta sen toimintaan, mutta siitä voisi olla lisähyötyä. Seuraavassa vaiheessa pii voisi auttamaan keräämään valoa ja kanavoimaan varauksenkantajia galliumnitriditorneihin.

"Vaikka kolmen prosentin hyötysuhde saattaa tuntua alhaiselta, mutta kun kyse on 40-vuotisesta tutkimuksesta, se on todella suuri läpimurto", kehuu Mi. "Luonnon fotosynteesillä, riippuen siitä, miten se lasketaan, hyötysuhde on noin 0,6 prosenttia."

Hän lisää, että 5 prosentin hyötysuhde on kaupallistamisen kynnys, mutta hänen tiiminsä pyrkii 20 tai 30 prosentin hyötysuhteeseen. Kehitetty laiterakenne voidaan konfiguroida myös muuntamaan ilmastomyrkky hiilidioksidia takaisin polttoaineeksi. Tällaisia ilmastotekoja kaivataankin lisää.

Esimerkiksi Vanderbiltin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla tuotetaan ilmasta kerätystä hiilidioksidista hiilinanoputkia. Näin tätä ilmastomyrkkyä voidaan muuntaa kaikkein arvokkaimmaksi koskaan myydyksi materiaaliksi eli erittäin pienen halkaisijan omaaviksi hiilinanoputkiksi. Ne ovat kaikkein kysytyin hiilinanoputkien muoto.