Καινοτομία αυξάνει την παραγωγή πράσινου υδρογόνου κατά 800% μέσω ηλιακής ενέργειας

Ένα νέο υλικό, που ανέπτυξαν ερευνητές του Linköping University στη Σουηδία, υπόσχεται να φέρει επανάσταση στην παραγωγή πράσινου υδρογόνου, αυξάνοντας την απόδοση της διαδικασίας κατά οκταπλάσια. Η ανακάλυψη αυτή ενισχύει σημαντικά την προοπτική του υδρογόνου ως καθαρής και ανανεώσιμης πηγής ενέργειας, ιδιαίτερα για τα μέσα μεταφοράς που δεν μπορούν να βασιστούν σε μπαταρίες, όπως τα πλοία και τα αεροπλάνα.

Η βασική πρόκληση μέχρι σήμερα ήταν η αποτελεσματική διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, χρησιμοποιώντας μόνο την ενέργεια του Ήλιου, μια διαδικασία γνωστή ως φωτοχημική διάσπαση του νερού. Οι επιστήμονες της σουηδικής ομάδας, με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Jianwu Sun, παρουσίασαν μια νέα σύνθετη δομή τριών στρωμάτων, που αυξάνει θεαματικά την απόδοση αυτής της διαδικασίας.

Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Journal of the American Chemical Society, το νέο υλικό μπορεί να συλλάβει την ηλιακή ακτινοβολία με εξαιρετική αποδοτικότητα και να τη μετατρέψει σε χημική ενέργεια για την παραγωγή υδρογόνου. Η τριπλή στρώση αποτελείται από κυβικό καρβίδιο του πυριτίου (3C-SiC), ένα ενδιάμεσο στρώμα οξειδίου του κοβαλτίου (Co3O4) και ένα καταλυτικό στρώμα από υδροξείδιο του νικελίου (Ni(OH)2). Κάθε στρώμα επιτελεί έναν κρίσιμο ρόλο στην ενίσχυση της απόδοσης και της σταθερότητας της αντίδρασης.

Ο Jianwu Sun εξηγεί ότι το κυβικό καρβίδιο του πυριτίου, που είχαν ήδη μελετήσει σε παλαιότερες έρευνες, παρουσιάζει ενδιαφέρουσες ιδιότητες για την απορρόφηση ηλιακού φωτός. Ωστόσο, από μόνο του δεν επαρκούσε για υψηλή αποδοτικότητα. Ο συνδυασμός με τα άλλα δύο υλικά επιτρέπει τη διατήρηση των ηλεκτρικών φορτίων που παράγονται από την ηλιακή ακτινοβολία, εμποδίζοντας τη μεταξύ τους εξουδετέρωση. Έτσι, μεγιστοποιείται η δυνατότητα της ύλης να επιτυγχάνει τη διάσπαση του νερού.

Το αποτέλεσμα είναι εντυπωσιακό: ο νέος καταλύτης παρουσιάζει απόδοση οκτώ φορές υψηλότερη σε σχέση με το σκέτο 3C-SiC. Το γεγονός αυτό σηματοδοτεί ένα τεράστιο βήμα προς την εμπορική αξιοποίηση της παραγωγής πράσινου υδρογόνου με αποκλειστική χρήση ηλιακής ενέργειας.

Η συζήτηση γύρω από το υδρογόνο διαχωρίζεται σήμερα σε δύο βασικές κατηγορίες: το λεγόμενο «γκρίζο» υδρογόνο, που παράγεται από φυσικό αέριο, και το «πράσινο» υδρογόνο, που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Το πρώτο συνοδεύεται από εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, που επιβαρύνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Αντίθετα, η δεύτερη μέθοδος δεν εκπέμπει ρύπους και αποτελεί βιώσιμη εναλλακτική για το μέλλον.

Η σημασία της τεχνολογίας αυτής γίνεται ακόμη πιο εμφανής ενόψει της σταδιακής κατάργησης της παραγωγής νέων οχημάτων με κινητήρες εσωτερικής καύσης στην Ευρωπαϊκή Ένωση από το 2035. Αν και τα επιβατικά αυτοκίνητα μπορούν να βασιστούν σε ηλεκτρικές μπαταρίες, το ίδιο δεν ισχύει για τα μεγάλα φορτηγά, τα αεροσκάφη ή τα πλοία. Για αυτούς τους τομείς, το υδρογόνο θεωρείται μια από τις πιο υποσχόμενες λύσεις.

Οι ερευνητές του Linköping University εργάζονται με στόχο τη δημιουργία ενός καταλύτη που θα μπορεί να αξιοποιήσει την ηλιακή ενέργεια με απόδοση τουλάχιστον 10%, ποσοστό που θεωρείται αναγκαίο για την ευρεία βιομηχανική εφαρμογή. Σήμερα, οι περισσότεροι φωτοκαταλύτες περιορίζονται σε αποδόσεις της τάξης του 1% έως 3%. Εάν επιτευχθεί το 10%, η παραγωγή πράσινου υδρογόνου θα μπορούσε να καταστεί πιο οικονομική και να απεξαρτηθεί πλήρως από άλλες ανανεώσιμες πηγές όπως τα φωτοβολταϊκά.

Ο Jianwu Sun εκτιμά ότι μπορεί να χρειαστούν πέντε έως δέκα χρόνια για να αναπτυχθούν υλικά που θα φτάσουν αυτό το όριο απόδοσης. Μέχρι τότε, η πρόοδος που σημειώνεται αποτελεί θεμέλιο για έναν νέο τρόπο αποθήκευσης και αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας, σε παγκόσμια κλίμακα.

[via]