Hidrogen fabricat folosind lumina soarelui, materiale ieftine

Un viitor care funcționează cu hidrogen pare puțin mai probabil datorită unui dispozitiv care utilizează materiale obișnuite pentru a produce combustibil curat din lumina soarelui și apă. Gadgetul de dovadă a conceptului indică o modalitate ieftină și eficientă de a produce combustibil cu hidrogen pentru a alimenta mașinile sau a genera electricitate.

Cercetătorii doresc să găsească o modalitate ușoară de a produce hidrogen gazos, deoarece conține la fel de multă energie pe kilogram ca un galon de benzină. Pilele de combustibil cu hidrogen pot genera electricitate pentru putere sau propulsie. Un vehicul electric cu celule de combustibil poate funcționa cu o eficiență de două până la trei ori mai mare decât un vehicul alimentat de un motor tradițional cu ardere internă. Mai mult, celulele de combustibil produc doar vapori de apă ca evacuare. Dar metoda actuală de producere a hidrogenului din combustibili fosili este consumatoare de energie și anulează unele dintre beneficiile de mediu.

„Cu câțiva ani în urmă, oamenii credeau celulele de combustie [cars] nu erau o alternativă viabilă și că orice am văzut în următorii 10 ani va fi alimentat de la baterie. În mod clar, cultura se schimbă”, spune David Ginley, expert în producția de hidrogen la Laboratorul Național de Energie Regenerabilă din Colorado. Hidrogenul, adaugă el, „va deveni parte din amestec”.

Un studiu din numărul din 15 septembrie a revistei Proceedings of the National Academy of Sciences descrie cuplarea celulelor fotovoltaice cu costuri reduse și a catalizatorilor pentru a genera eficient hidrogen din apă și lumina soarelui.

Chimistul Daniel Nocera de la Universitatea Harvard, inspirat de conversia plantelor a energiei luminoase în energie chimică, a lucrat ani de zile la crearea unei „frunze artificiale” (SN: 26.5.07, str. 328). Conducând o echipă cu Tonio Buonassisi, inginer electrician la MIT, Nocera a construit o nouă versiune a unui dispozitiv care împarte apa în hidrogen și oxigen constitutiv. Dispozitivul se bazează pe celule fotovoltaice pentru a produce energie electrică, care, la rândul său, alimentează o reacție folosind catalizatori chimici..

Versiunile anterioare ale frunzei aveau pe aceeași suprafață elementele fotovoltaice care colectau lumina soarelui și catalizatorul care produce hidrogen. Noul dispozitiv separă componentele. Această alegere oferă echipei flexibilitate de a alege componente care ar face dispozitivul eficient și accesibil, spune Nocera.

Cercetătorii au folosit celule solare din siliciu cristalin disponibile pe scară largă, care sunt ieftine și au o eficiență la mijlocul pachetului, transformând aproximativ 25% din lumina primită în electricitate.

Grupul a asociat fotovoltaicii cu catalizatori dezvoltați anterior. Nocera le-a făcut folosind combinații de nichel, bor, oxigen, hidrogen, molibden și zinc, toate elementele abundente pe Pământ. În general, cercetătorii au transformat 10% din energia solară care a lovit panourile în combustibil cu hidrogen.

Nocera spune că fotosinteza transformă doar aproximativ 1% din lumină în energie stocată. „Așadar, folosind materiale bogate în Pământ, lucrurile create de om pot merge de 10 ori mai bine decât o plantă.”

Anul trecut, un grup din Suedia a depășit și eficiența de 10 la sută, dar catalizatorii lor au folosit metale mai rare și mai scumpe, inclusiv indiu și galiu.

Generarea de hidrogen nu este singura provocare – la fel este și găsirea unei piețe pentru gaz, spune Nocera. Până de curând, producătorii de mașini și energie electrică nu au investit foarte mult în tehnologia celulelor de combustibil cu hidrogen, spune el, deoarece nu a fost disponibilă nicio modalitate ieftină și curată de a produce gaz. Nocera speră că tehnologia sa va oferi măcar o parte din impulsul necesar. „Infrastructura celulelor de combustibil va exista într-o zi. Scrisul de mână este pe perete”, spune el, încurajat de planul Toyota de a vinde mașini cu celule de combustibil începând de anul viitor și de planuri similare de la alți producători.

Acum că echipa lui Nocera a dovedit că conceptul funcționează, spune Ginley, trebuie să demonstreze în continuare că tehnologia poate funcționa în condiții de zi cu zi pe termen lung. „Nu sunt sigur că o eficiență de 10% este suficient de bună. Este o ecuație complicată”, spune el. „Dacă puteți împărți apa la 10% în mod stabil, acesta este un rezultat cu adevărat semnificativ.”