Naukowcy opracowali system produkcji wodoru z wody i światła słonecznego, który jest czysty, odnawialny i bardziej opłacalny w porównaniu do innych metod. Naukowcom, poza projektem, udało się także połączyć właściwości optyczne trójwymiarowych kryształów fotonowych (odwrócony dwutlenku tytanu, TiO2) i 2-3 nm nanocząstek złota w celu uzyskania wysoce aktywnego katalizatora w postaci proszku.
Rys.1 Panele słoneczne, instalacja podobnego typu mogłaby zostać wykorzystana w produkcji wodoru z wody i światła słonecznego na skalę przemysłową.
Ta nowa fotokataliza wytwarza więcej wodoru niż inne opracowane do tej pory metody dzięki wykorzystaniu właściwości, zarówno kryształów fotonowych, jak i nanocząstek metalu. Według Jordiego Llorca, badacza Instytutu UPC Technologii Energetycznej, proces polega na „dostrojeniu” dwóch materiałów dla wzmocnienia efektu. „Trzeba wybrać odpowiedni fotonowy kryształ i odpowiednie nanocząsteczki”, dodaje.
W każdej fotokatalizie, uzyskanej z nanocząstek złota i kryształów dwutlenku tytanu za pomocą światła ultrafioletowego, które stanowi tylko niewielką część promieniowania słonecznego (mniej niż 3%), proces jest taki sam: światło pobudza elektrony TiO2 i przenosi je na pasmo przewodzenia, pozostawiając otwory z drugiej strony. Elektrony oddziałują z nanocząstkami złota i są przez nie przechwytywane. Zdaniem naukowców, nowością w tym przypadku jest wykorzystanie kryształu fotonowego 3D, który wychwytuje widoczną część widma słonecznego, właśnie na poziomie energetycznym, w którym nanocząstki złota „rezonują”. W rezultacie, możliwe jest korzystanie z części widzialnej widma słonecznego, a nie tylko części ultrafioletowej, co przekłada się na znaczny wzrost w wydajności procesu.
Nowy katalizator może znaleźć zastosowanie w procesach przemysłowych. Według Jordi’ego Llorca, przejście od laboratorium do zakładu przemysłowego oznaczałoby możliwość stworzenia reaktora do pracy na zewnątrz w słońcu, a także użytkowania kolektora słonecznego, aby uchwycić więcej światła słonecznego.
Konwencjonalny zakład produkcji wodoru z gazu ziemnego wytwarza około 300 ton wodoru dziennie. Dzięki nowemu katalizatorowi, opracowanemu na UPC, badacze zdołali wytworzyć 0,025 litrów wodoru w ciągu jednej godziny, zużywając jeden gram katalizatora. Zakładając pobór światła słonecznego przez osiem godzin dziennie, naukowcy szacują, że do produkcji wodoru na skalę przemysłową potrzebny byłby obszar o wymiarach 10 x 10 km.
W przeciwieństwie do konwencjonalnych elektrowni napędzanych paliwami kopalnymi w temperaturze 800 ° C, z nowym systemem produkcja wodoru jest czysta i odnawialna: proces fotochemiczny odbywa się w temperaturze pokojowej i bez żadnych kosztów, ponieważ wykorzystuje energie: słoneczną i wody, co w efekcie przynosi korzyści ekologiczne.
Naukowcy twierdzą, że konwersja 5% energii słonecznej na wodór w temperaturze pokojowej, na progu której technologia jest wykonalna to kamień milowy dla współczesnej nauki. Odnawialna produkcja wodoru jest niezbędna, jeśli gaz ten ma stać się nośnikiem energii w przyszłości.
- Jordi Llorca et al. Hydrogen production by Tuning the Photonic Band Gap with the Electronic Band Gap of TiO2. Scientific Reports, December 2013
- http://www.sciencedaily.com/releases/2013/12/131213093310.htm
Opracowała: Agnieszka Krawczyk
