Naukowcy opracowali urządzenie, które produkuje wodór. Jak sprawdzi się „sztuczny liść”?

18 maja 2020

Naukowcy z Rice University opracowali urządzenie automatycznie produkujące wodór. Wystarczy zanurzyć je w wodzie i wystawić na promienie słoneczne. Inspiracją dla tego wydajnego i taniego w produkcji wynalazku było funkcjonowanie liścia, który pod wpływem słońca przetwarza dwutlenek węgla w tlen.

Prototyp zespołu kierowanego przez profesora Jun Lou, specjalisty w nanoinżynierii materiałów z Uniwersytetu Rice w Teksasie, integruje elektrody katalityczne i ogniwa słoneczne z perowskitów, które pod wpływem słońca produkują elektryczność. Prąd płynie do katalizatorów, gdzie woda jest rozbijana na wodór i tlen. Wydajność przetwarzania energii słonecznej na wodór w przypadku tego urządzenia osiąga bardzo dobry wynik 6,7%.

Ten rodzaj katalizatora nie jest nowy, ale nowością jest połączenie warstwy perowskitu z elektrodą w jeden moduł. Kiedy włoży się go do wody w zasięgu promieni słonecznych, urządzenie produkuje wodór bez żadnych dodatkowych ingerencji. Jest to samowystarczalny generator paliwa o prostej konstrukcji i łatwy do masowej produkcji.

Perowskity to kryształy tworzące sześcienne struktury, które przetwarzają energię słoneczną. Najbardziej wydajne perowskitowe ogniwa słoneczne opracowane do tej pory mogą osiągnąć wydajność nawet powyżej 25%, ale materiały do ich produkcji są drogie i wrażliwe na światło, wilgoć i wysokie temperatury.

Naukowcy podkreślają, że kluczowym komponentem ich wynalazku nie jest perowskit, lecz zabezpieczający go polimer, z którego zrobiona jest powłoka modułu. Tworzywo to wydłuża żywotność urządzenia pod wodą. Ustrukturyzowana warstwa polimeru dopuszcza światło słoneczne do ogniwa, jednocześnie zabezpieczając je i służąc za izolator między ogniwem i elektrodą.

Prototyp naukowców z Rice University może okazać się kolejnym istotnym elementem obok ogniwa paliwowego i technik produkcji wodoru z wody morskiej, które stworzą warunki do szybkiego rozwoju technologii wodorowych w transporcie, energetyce i innych gałęziach gospodarki. Jest to o tyle istotne, że jak niedawno stwierdziła Unia Europejska oraz rządy wiodących europejskich gospodarek, w tym Niemiec i Szwajcarii, bez wodoru trudno będzie osiągnąć bezemisyjność netto zaplanowaną na 2050 rok.

Do zalet wodoru jako paliwa należy brak emisji gazów cieplarnianych i szkodliwych substancji, jego ogromny potencjał jako magazynu nadwyżek energii oraz czystość i bezemisyjność produkcji, jeśli używa się do niej wody i energii odnawialnej.

Wodór to uniwersalne paliwo, bez którego trudno sobie wyobrazić przestawienie na bezemisyjne technologie ciężki przemysł czy transport. Samochody na wodór to auta elektryczne, których silniki czerpią prąd z ogniw paliwowych, czyli własnych małych elektrowni. W ogniwach w obecności katalizatora zachodzi na zimno reakcja wodoru i tlenu, której produktem jest energia elektryczna oraz woda. Samochody wodorowe są w pełni funkcjonalne i nie różnią się w użytkowaniu od aut spalinowych z automatyczną skrzynią biegów, gdyż tankowanie wodoru trwa kilka minut.