Hidrojen, depolama ve üretim: evrim ve H2 teknolojileri

Ortam havasıyla hidrojen üretmek!

1016x572.jpg (123.74 KiB) 1576 defa görüntülendi

EPFL kimyagerleri, yeni şeffaf ve gözenekli bir elektrota dayanan yapay bir güneş levhası icat ettiler. Atmosferik suyu toplayabilir ve hidrojene dönüştürebilir. Bu yarı iletken teknolojisinin üretimi ve büyük ölçekte uygulanması basittir.

Onlarca yıldır bilim adamları, atmosferden su toplamak ve onu hidrojene dönüştürmek için tamamen güneş enerjisiyle çalışan bir cihazın hayalini kurdular. EPFL'de mühendis ve kimyager Kevin Sivula, bu konsepti gerçekleştirme yolunda önemli bir adım attı. Ekibiyle birlikte, ustaca olduğu kadar basit bir sistem geliştirdi. İki temel özellik sergileyen yarı iletken teknolojilerini ve yenilikçi elektrotları birleştirir: atmosferik suyla teması en üst düzeye çıkarmak için gözeneklilik ve yarı iletken kaplamanın güneş ışığına maruz kalmasını optimize etmek için şeffaflık. Doğal ışık altında, cihaz çevredeki havadan su çeker ve hidrojen üretir. Sonuçlar Advanced Materials'da yayınlandı. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10. ... .202208740

İnovasyon nerede bulunur? Gaz difüzyon elektrotlarında şeffaf, gözenekli ve iletkendir. Böylece bu güneş enerjisi teknolojisinin - havada gaz halinde bulunan - suyu hidrojene dönüştürmesine izin verirler.

EPFL'nin Optoelektronik Nanomalzemeler Moleküler Mühendisliği Laboratuvarı'ndan baş yazar Kevin Sivula, "Sürdürülebilir bir toplum için, yenilenebilir enerjiyi yakıt veya endüstri için hammadde olarak kullanılabilecek kimyasal bir biçimde depolamanın yeni yollarını bulmamız gerekiyor" diyor. . Gün ışığı, yenilenebilir enerjinin en bol bulunan şeklidir ve güneş yakıtı üretmek için ekonomik olarak uygun yollar geliştirmek için çalışıyoruz.”

Bitki yapraklarından ilham alındı
EPFL mühendisleri, fosil olmayan yenilenebilir yakıtlar için yaptıkları çalışmalarda, Toyota Motor Europe ile işbirliği içinde, bitkilerin atmosferde bulunan karbondioksiti kullanarak gün ışığını kimyasal enerjiye dönüştürme yeteneğinden ilham aldılar. Temel olarak, bitkiler çevrelerinden CO2 ve su toplarlar ve ardından güneş ışığının enerji artışıyla bu molekülleri şeker ve nişastaya dönüştürürler. Fotosentez olarak bilinen bir süreç.

Kevin Sivula ve ekibi tarafından tasarlanan şeffaf gaz difüzyon elektrotları, ışığı toplayan yarı iletken bir malzeme ile kaplanabilir. Böylece, hidrojen üretmek için atmosferde bulunan ışığı ve suyu toplayan bir yaprak gibi davranır. Güneş enerjisi hidrojen bağları şeklinde depolanır.

Elektrotları opak katmanlarla geleneksel şekilde üretmek yerine, alt tabakaları üç boyutlu bir cam elyaf ağından oluşur.

Çalışmadan sorumlu yazar Marina Caretti, "Prototipimizi geliştirmek zordu, çünkü gaz difüzyonlu şeffaf elektrotlar daha önce hiçbir gösteriye konu olmamıştı," diye açıklıyor. Her adım için yeni prosedürler geliştirmemiz gerekiyordu. Ancak, her adım nispeten basit ve ölçeklendirmesi kolay olduğu için, yaklaşımımızın güneş enerjisi üretimi için gaz difüzyon substratları hidrojen ile başlayarak çeşitli uygulamalar için yeni ufuklar açacağına inanıyorum."

Sıvıdan atmosferik neme
Kevin Sivula ve diğer araştırma grupları, bir fotoelektrokimyasal (PEC) hücre ile sudan ve güneş ışığından hidrojen üretilerek yapay fotosentezin gerçekleştirilebileceğini zaten kanıtladılar. Bu hücre genellikle, bir kimyasal reaksiyona neden olmak için sıvı bir çözeltiye daldırılan bir yarı iletken gibi ışığa duyarlı bir malzemeyi uyarmak için gelen ışığı kullanan bir cihaz olarak bilinir. Pratik açıdan, sürecin dezavantajları vardır. Örneğin, sıvıdan yararlanan geniş alanlı PEC cihazları üretmek karmaşıktır.

Kevin Sivula, PEC teknolojisinin atmosferik nemi toplamak için uyarlanabileceğini göstermek istedi. Bu, gaz difüzyon elektrotlarının geliştirilmesine yol açtı. Elektrokimyasal hücrelerin sıvılardan çok gazlarla çalıştığı gösterilmiştir. Ancak şimdiye kadar, gaz difüzyon elektrotları opaktı ve solar PEC teknolojisiyle uyumsuzdu.

Bilim adamları şimdi sistemi optimize etmeye odaklanıyorlar. İdeal lif boyutu nedir? Mükemmel gözenek genişliği? En iyi yarı iletken ve membran malzemeleri? Bunlar, bu teknolojiyi ilerletmeye ve hidrojeni sıvı yakıtlara dönüştürmek için yeni yollar geliştirmeye adanmış Avrupa “Sun-to-X” projesinin bir parçası olarak takip ettikleri sorular.

Şeffaf Gaz Difüzyon Elektrotları Yapımı
Şeffaf gaz difüzyon elektrotları üretmek için bilim adamları bir tür cam yünü ile başladılar. Bunlar, esas olarak, yüksek sıcaklıkta eritilerek keçe tabakalarına dönüştürülen kuvars lifleridir (veya silikon oksit). Daha sonra plakalar, flor ile güçlendirilmiş kalay oksitten oluşan şeffaf bir film ile kaplanır. Mükemmel iletkenliği, sağlamlığı ve seri üretim kolaylığı ile tanınan bir malzeme. Bu ilk adımlar, havada bulunan su molekülleri ile teması en üst düzeye çıkarmak ve fotonların geçmesine izin vermek için gerekli olan şeffaf, gözenekli ve iletken bir plaka ile sonuçlanır. Plaka başka bir kaplama ile kaplıdır: ışığı emen yarı iletken malzemelerden oluşan ince bir film. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00126
Bu ikinci katman, gözenekli alt tabakanın geniş yüzey alanı nedeniyle opak görünmesine rağmen ışığın geçmesine izin verir. Bu haliyle, gofret Güneş'e maruz kaldığında zaten hidrojen üretebilir.

Bilim adamları, ölçüm yapmak için üretilen gazı ayırmak için bir zarın yanı sıra plakayı içeren küçük bir oda geliştirmeye devam ettiler. Oda nemli koşullar altında ışığa maruz kaldığında hidrojen üretilir. Bilim adamlarının amacı buydu. Güneş enerjisinden hidrojen üretmek için gaz difüzyonlu şeffaf bir elektrot yapmanın mümkün olduğunu gösteriyorlar.

Bilim adamları, gösterilerinde dönüşümün etkinliğini resmi olarak incelemediler. Ancak ekip, sıvı bazlı PEC hücrelerinin yapabileceğinden daha az olan bu prototiple mütevazı kaldığı konusunda hemfikir. Mevcut malzemelerle, güneş-hidrojen dönüşümü için maksimum teorik plaka verimliliği %12 iken, sıvı bazlı hücreler için %19 verimlilik gösterilmiştir.

referanslar
Gaz Fazlı Fotoelektrokimyasal Hidrojen Üretimi için Şeffaf Gözenekli İletken Yüzeyler
Marina Caretti, Elizaveta Mensi, Raluca-Ana Kessler, Linda Lazouni, Benjamin Goldman, Loï Carbone, Simon Nussbaum, Rebekah A. Wells, Hannah Johnson, Emeline Rideau, Jun-ho Yum, Kevin Sivula
https://doi.org/10.1002/adma.202208740

Obamot yazdı:Vermek istediğin anlamı anlasam da ("kesin bir başarısızlık gibi görünüyor"... sonunda size göre.) mantığını anlamıyoruz.

(...)

Ve en başından beri zaten %12 alıyoruz... Vay canına!