Μία επαναστατική ανακάλυψη έκαναν μηχανικοί του Πανεπιστημίου
Rice. Ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή συσκευή που μπορεί να
μετατρέψει αποτελεσματικά το ηλιακό φως σε υδρογόνο,
χρησιμοποιώντας μόνο νερό, θέτοντας νέα πρότυπα στη διαδικασία
παραγωγής αυτού του καυσίμου.
Η καινοτομία της συσκευής δεν αφορά ότι μπορεί να παράξει
υδρογόνο μόνο από νερό και ηλιακό φως. Αυτό έχει γίνει και στο
παρελθόν, όμως το πρόβλημα ήταν η πάρα πολύ χαμηλή
αποδοτικότητα της μεθόδου και το πολύ υψηλό κόστος της
συσκευής που αναλαμβάνει όλη τη διαδικασία. Η καινοτομία λοιπόν
είναι ότι το κάνει αποτελεσματικά.
Τι επανάσταση φέρνει αυτή
η συσκευή παραγωγής υδρογόνου
Η επανάσταση που φέρνουν οι μηχανικοί του πανεπιστημίου Rice
είναι ότι η συσκευή που δημιούργησαν πετυχαίνει βαθμό
απόδοσης που αποτελεί νέο ρεκόρ (20,8%), αλλά και ότι έχει πολύ
χαμηλό κόστος. Επιπλέον, ξεπερνάει ένα βασικό πρόβλημα που
υπάρχει σε πάρα πολλές εργαστηριακές ανακαλύψεις, ανεξαρτήτως
τομέα, το οποίο είναι ότι δεν μπορούν να υιοθετηθούν σε βιομηχανικό
επίπεδο. Η συγκεκριμένη συσκευή, έχει την προοπτική να
αποτελέσει εμπορικό και βιομηχανικό προϊόν, επιδρώντας
ρεαλιστικά στην καθημερινότητα. Δεν περιορίζεται σε εργαστηριακό
επίπεδο.
Συνοπτικά, αυτό που κάνει η εν λόγω συσκευή είναι πως
όταν εκτεθεί στον ήλιο παράγει μικρές ποσότητες ηλεκτρικού
ρεύματος, το οποίο χρησιμοποιείται για να διαχωριστεί το υδρογόνο
από το οξυγόνο (τα δύο στοιχεία από τα οποία αποτελείται
το νερό). Όλη η διαδικασία γίνεται χωρίς να απαιτεί να
τροφοδοτήσουμε τη συσκευή με ρεύμα, οπότε το ενεργειακό κόστος
είναι εντελώς μηδενικό. Αυτό σημαίνει ότι δεν απαιτούνται
επενδύσεις σε παραγωγή ενέργειας, όπως φωτοβολταϊκά και
ανεμογεννήτριες, ή κάποια άλλη συμβατική μορφή όπως φυσικό αέριο ή
λιγνίτης.
Πώς λειτουργεί η
επαναστατική συσκευή παραγωγής υδρογόνου;
Συνδυάζοντας ημιαγωγούς αλογονιδίων περοβσκίτη επόμενης γενιάς
με ηλεκτροκαταλύτες σε μια ενιαία, ανθεκτική, οικονομικά
αποδοτική συσκευή, οι μηχανικοί σημείωσαν σημαντική πρόοδο
στον τομέα της καθαρής ενέργειας. Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε
δυνητικά να χρησιμοποιηθεί για διάφορες χημικές αντιδράσεις, που
μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται σε καύσιμα.
Ο ολοκληρωμένος φωτοαντιδραστήρας, που δημιουργήθηκε από το
εργαστήριο του χημικού και βιομοριακού μηχανικού Aditya Mohite,
διαθέτει ένα αντιδιαβρωτικό φράγμα που μονώνει τον ημιαγωγό από το
νερό, επιτρέποντας παράλληλα τη μεταφορά ηλεκτρονίων. Σύμφωνα με
μελέτη που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση Nature Communications,
η συσκευή πέτυχε εντυπωσιακή βαθμός απόδοσης μετατροπής του
ηλιακού φωτός σε υδρογόνο 20,8%. Η συσκευή, γνωστή ως
φωτοηλεκτροχημική κυψέλη, απορροφά το φως, το μετατρέπει σε
ηλεκτρική ενέργεια και χρησιμοποιεί αυτή την ηλεκτρική ενέργεια για
να τροφοδοτήσει μια χημική αντίδραση, όλα αυτά μέσα σε μια μόνο
συσκευή.
Τα προβλήματα του
παρελθόντος που αντιμετωπίζει η νέα συσκευή
Οι φωτοαντιδραστήρες αντιμετώπιζαν στο παρελθόν περιορισμούς
λόγω της χαμηλής απόδοσης και του υψηλού κόστους των ημιαγωγών,
αλλά αυτή η πρόσφατα αναπτυχθείσα συσκευή ξεπερνά αυτές τις
προκλήσεις. Χρησιμοποιεί έναν ημιαγωγό που δεν είναι μόνο
εξαιρετικά αποδοτικός αλλά και φθηνός. Μετατρέποντας την
επιτυχημένη ηλιακή κυψέλη τους σε αντιδραστήρα ικανό να διασπάσει
το νερό σε οξυγόνο και υδρογόνο, οι ερευνητές έκαναν μια σημαντική
ανακάλυψη. Ξεπερνώντας την αστάθεια των ημιαγωγών στο
νερό, οι ερευνητές επινόησαν μια λύση που περιλαμβάνει ένα φράγμα
διπλού στρώματος, το οποίο πέτυχε εξαιρετικά αποτελέσματα.
Η σημασία αυτού του επιτεύγματος έγκειται στο γεγονός ότι η λύση
στην οποία κατέληξαν οι ερευνητές, δείχνει να μπορεί να
περάσει σχετικά εύκολα σε εμπορικό και βιομηχανικό επίπεδο.
Ιστορικά, σε αυτές τις συσκευές κυριαρχούσαν οι απαγορευτικά
ακριβοί ημιαγωγοί, αλλά το επίτευγμα των ερευνητών ανοίγει έναν
δρόμο προς την εμπορική βιωσιμότητα. Επιπλέον, οι
ερευνητές απέδειξαν ότι ο σχεδιασμός του φραγμού τους είναι
ευπροσάρμοστος και εφαρμόσιμος σε διαφορετικές αντιδράσεις και
ημιαγωγούς, καθιστώντας τον κατάλληλο για ένα ευρύ φάσμα
συστημάτων.
Πώς θα επηρεαστεί την
οικονομία του υδρογόνου η νέα ανακάλυψη;
Ο δυνητικός αντίκτυπος αυτής της τεχνολογίας είναι τεράστιος. Με
περαιτέρω πρόοδο στη σταθερότητα και την κλίμακα του μηχανισμού,
θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στην οικονομία του
υδρογόνου και να διευκολύνει τη μετάβαση από τις διαδικασίες
παραγωγής που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα, σε εναλλακτικές λύσεις
που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια. Με την αξιοποίηση
άφθονων πρώτων υλών και τη χρήση του ηλιακού φωτός ως μοναδική
ενεργειακή πηγή, η τεχνολογία αυτή έχει τη δυνατότητα να
μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι παράγουν βασικά
υλικά.
Με την υποστήριξη του Υπουργείου Ενέργειας, της SARIN Energy
Inc. και του Πανεπιστημίου Rice, η έρευνα αυτή αποτελεί ένα
σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην αναζήτηση καθαρών, αποδοτικών
και βιώσιμων ενεργειακών λύσεων. Το επίτευγμα των
μηχανικών του Rice ανοίγει τον δρόμο για ένα μέλλον που θα
τροφοδοτείται από τη δύναμη του ηλιακού φωτός.
