Halpaa ja kestävää vetyä aurinkovoimalla

Michiganin yliopistossa kehitetty uudenlainen aurinkopaneeli on saavuttanut 9 %:n tehokkuuden veden muuntamisessa vedyksi ja hapeksi. Se edustaa suurta harppausta tekniikassa ja on lähes 10 kertaa tehokkaampi kuin aiemmat aurinkoenergialla tehdyt vedenjakamiskokeet.

Mutta suurin hyöty on kestävän vedyn kustannusten alentaminen. Tämä saadaan aikaan kutistamalla puolijohde, joka on tyypillisesti laitteen kallein osa. Ryhmän itsekorjautuva puolijohde kestää 160 aurinkoa vastaavan keskitetyn valon.

Tutkijat uskovat, että keinotekoiset fotosynteesilaitteet ovat paljon tehokkaampia kuin luonnollinen fotosynteesi, mikä tarjoaa lisäksi polun kohti hiilineutraaliutta.

"Pienensimme puolijohteen kokoa yli satakertaisesti verrattuna joihinkin puolijohteisiin, jotka toimivat vain heikossa valossa", sanoi Peng Zhou, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.

Lisäksi rakenne käyttää sekä aurinkospektrin korkeampaa energiaosaa veden jakamiseen että spektrin alaosaa lämmön tuottamiseen, mikä edistää reaktiota rohkaisemalla vetyä ja happea pysymään erillään. Tempun mahdollistaa puolijohdekatalyytti, joka jopa parantaa itseään käytön myötä ja vastustaa hajoamista, jota tällaiset katalyytit yleensä kokevat.

Katalyytti on valmistettu indiumgalliumnitridin nanorakenteista, jotka on kasvatettu piipinnalle. Nanorakenteet ovat vielä pippuroitu nanokokoisilla metallipalloilla, jotka käyttävät elektroneja ja aukkoja ohjaamaan reaktiota.

Kokeen ulkoversiossa, jossa auringonvalo ja lämpötila olivat vähemmän optimaaliset, saavutettiin 6,1 prosentin hyötysuhde. Seuraavat haasteet tutkijoilla ovat tehokkuuden parantaminen edelleen ja erittäin puhtaan vedyn saavuttaminen, joka voidaan syöttää suoraan polttokennoihin.

EPFL:n kemianinsinööri Kevin Sivula ja hänen tiiminsä ovat toisaalta ottaneet merkittävän askeleen kohti laitetta, joka voi kerätä vettä ilmasta ja tuottaa siitä vetypolttoainetta – täysin aurinkoenergialla.

He ovat kehittäneet nerokkaan mutta yksinkertaisen järjestelmän, joka yhdistää puolijohdepohjaisen teknologian uusiin elektrodeihin, joilla on kaksi keskeistä ominaisuutta: ne ovat huokoisia, mikä maksimoi kosketuksen ilmassa olevan veden kanssa; ja läpinäkyvä, maksimoimaan puolijohdepinnoitteen altistuksen auringonvalolle.

Vaikka tutkijat eivät muodollisesti tutkineet demonstraatiossaan aurinkoenergian muuntamisen tehokkuutta vedyksi, he myöntävät, että se on vaatimaton tälle prototyypille ja tällä hetkellä vähemmän kuin nestepohjaisissa PEC-kennoissa voidaan saavuttaa.

Käytettyjen materiaalien perusteella päällystetyn kiekon suurin teoreettinen aurinko-vety -konversiotehokkuus on 12 %, kun taas nestekennojen on osoitettu olevan jopa 19 % tehokkaita.

Aiheesta aiemmin:

Vihreää vetyä ja eteeniä