Vetyä auringonvalosta

Rice Universityn tutkijat ovat luoneet tehokkaan ja edullisen laitteen, joka hajottaa vettä vetypolttoaineen tuottamiseksi.

Materiaalitieteilijä Jun Lou integroi katalyytin elektrodit ja perovskiittiset aurinkokennot, siten että auringonvalo tuottaa virtaa katalyytteihin, jotka muuttavat veden vedyksi ja hapeksi, jopa 6,7 % auringonvalo-vety hyötysuhteella.

Tällainen katalyysi ei ole uusi, mutta nyt perovskiittikerros ja elektrodit on pakattu yhdeksi moduuliksi, joka veteen upotettaessa ja auringonvaloon asetettuna tuottaa vetyä ilman apuenergiaa.

Toistaiseksi tehokkaimmat tuotetut perovskiittiset aurinkokennot saavuttavat yli 25%:n hyötysuhteen mutta materiaalit ovat kalliita ja niihin vaikuttaa yleensä valo, kosteus ja lämpö.

Tutkijat korvasivat perovskiittikennon kalliimmat komponentit, kuten platinan hiilellä, mikä alentaa markkinoille pääsyn esteitä.

Itse moduulin avainkomponentti ei ehkä ole perovskiitti, vaan polymeeri, joka kapseloi moduulin ja mahdollistaan sen olla upotettuna pitkään. Kuvioidun suojakalvon avulla auringonvalo pääsee aurinkokennoon samalla kun se suojaa sitä ja toimii eristeenä kennojen ja elektrodien välillä.

Koben yliopiston professori Tachikawan johtama tutkimusryhmä on puolestaan onnistunut kehittämään strategian, joka lisää huomattavasti auringonvalosta ja vedestä tuotetun vedyn määrää hematiittisten fotokatalyyttien avulla.

Hematiitti voi absorboida monenlaista näkyvää valoa ja on turvallinen, vakaa ja edullinen. Tutkijat onnistuivat tuottamaan fotoanodin, jolla on erittäin korkea johtavuus. Fotanodin avulla valonlähteen tuottama elektroni ja aukko erottuvat nopeasti ja samalla hiukkasten pinnalle kertyi suuri määrä aukkoja. Aukkojen kertyminen paransi veden hapettumisreaktion tehokkuutta; veden hidas hapettuminen on aiemmin ollut pullonkaula veden pilkkomisessa.

Tällä kertaa tutkijat pystyivät nostamaan muuntosuhteen jopa 42%:iin sen teoreettisesta 16 prosentin rajasta.

Tampereen yliopistossa 15.5.2020 tarkastettavassa väitöksessään Arto Hiltunen tutki myös materiaaleja, jotka pystyvät tuottamaan vedestä vetyä valon avulla.

Hiltunen käytti työssään atomikerroskasvatustekniikkaa (ALD), jolla voidaan valmistaa nanometriluokan tarkkuudella puolijohdepinnoitteita. Pinnoittamalla nanoselluloosa-aerogeelit ALD-tekniikalla hän valmisti huokoisia puolijohteita, jotka soveltuvat hyvin valokemialliseen vedyntuotantoon.

Vesi imeytyy huokoisen rakenteen sisään kuin pesusieneen. Huokoinen rakenne kasvattaa laitteen aktiivista pinta-alaa, mikä puolestaan lisää tehokkuutta, Hiltunen selventää.

Aiheesta aiemmin:

Vetyautot lähemmäs todellisuutta

Vetyä fotosynteesillä ja muita ilmastotekoja