Vandenilis ir energija: dalijimosi saulė

"Vandenilis ir kitos svarbios cheminės medžiagos gali būti gaminamos, naudojant saulės energiją. Du dabartiniai tyrimų projektai parodo, kaip tai įmanoma.

Žalias vandenilis laikomas raktu į mažai teršiančios energijos ekonomiką. Šio energijos nešiklio generavimas dažniausiai vyksta, elektrochemiškai skaidant vandenį, naudojant regeneraciniu būdu pagamintą elektros energiją. Alternatyvus būdas yra tiesioginis saulėje vandens padalijimas, kai saulės energija naudojama vandeniui skaidyti be jokių didelių apvažiavimų.

Nors ankstesni saulėje vandens padalijimo procesai pasiekė tik trijų procentų maksimalų efektyvumą, Zetiano Mi vadovaujami inžinieriai iš Mičigano universiteto pasiekė naują rekordą – devynių procentų efektyvumas. Lauko bandymo metu jie pasiekia mažiausiai šešių procentų derlių.

Eksperimento, kurį autoriai pristato žurnale „Nature Chemistry“, struktūra paprasta: lęšis sufokusuoja saulės šviesą ir nukreipia ją į kamerą, užpildytą vandeniu. Viduje yra sistemos širdis: silicio plokštė su nanolaidais, pagamintais iš indžio galio nitrido. Puslaidininkis, kuris taip pat yra atsakingas už to paties pavadinimo mėlyną lazerį mėlynųjų spindulių technologijoje, pirmiausia paverčia matomus ir ultravioletinius krintančios šviesos komponentus į elektros energiją. Aplink esančios metalo oksido nanodalelės naudoja pastarąjį, kad suskaldytų vandenį į jo elementarius komponentus – vandenilį ir deguonį.

Puslaidininkių ir metalų oksidų derinys čia veikia, kaip vadinamasis fotokatalizatorius: jis naudoja šviesą cheminei reakcijai, šiuo atveju vandens skilimui, sukelti. Tokiu būdu sistema gamina norimą vandenilį be emisijos – be jokio papildomo energijos tiekimo.

Norint pasiekti optimalią maždaug 70 laipsnių Celsijaus darbo temperatūrą, sistema naudoja infraraudonuosius saulės šviesos komponentus. Šis spektrinis diapazonas neturi pakankamai energijos fotokatalizatoriui valdyti, bet turi pakankamai, kad šildyti bandymo kamerą. Tiekiama šiluma pagreitina vandens skilimą ir tuo pačiu slopina nepageidaujamą atvirkštinę reakciją į vandenį. Šiuo metu tyrimų grupė siekia didinti efektyvumą ir gamybos apimtis, kad ateityje būtų galima gaminti pigų, ekologišką vandenilį dideliais kiekiais.

Dar vieną saulės energijos panaudojimo būdą cheminėms reakcijoms pristato britų chemikai, vadovaujami Erwino Reisnerio iš Kembridžo universiteto žurnale „Nature Synthesis“. Jie sukūrė procesą, kuris naudoja saulės šviesą vertingoms cheminėms medžiagoms gaminti iš anglies dioksido (CO2) ir PET atliekų. Principas panašus į saulės vandens padalijimą; tačiau šiuo atveju švino pagrindu pagamintas perovskito saulės elementas paverčia šviesą elektros energija. Tačiau vietoj vandens skaidymo vyksta du atskiri procesai. Neigiamajame poliuje metaliniai katalizatoriai paverčia CO2 anglies monoksidu (CO) arba skruzdžių rūgštimi, kurios abi yra vertingos chemijos pramonės statybinės medžiagos. Koks produktas bus gautas, galima valdyti pasirenkant katalizatorių. Tuo pačiu metu PET atliekos teigiamame poliuje paverčiamos glikolio rūgštimi, o tai yra viena iš pagrindinių naujovių, palyginti su esamais procesais. Glikolio rūgštis yra daugelio odos kremų ir šveitiklių sudedamoji dalis.

Žinoma, tokių pokyčių negalima iš karto paversti didelio masto procesais. Kol toks procesas taps plečiamas ir pelningas, mokslininkai dar turi investuoti daug darbo ir laiko. Tačiau šie pokyčiai rodo, kad be iškastinio kuro galima įgyvendinti ir tvaresnius procesus."