Голям пробив в устойчивото производство на водород
Учени от Мичиганския университет създадоха нов тип слънчеви панели, постигащи 9% успеваемост при преобразуването на водата във водород и О2. Ако технологията се потвърди, това ще бъде решаваща стъпка в постигането на „ естествената фотосинтеза “. Това съставлява огромен скок в технологиите, тъй като методът е съвсем 10 пъти по-ефективен от слънчевите опити за делене на вода от този тип. Но най-голямата изгода е намаляването на цената на устойчивия водород.
Това е допустимо посредством стесняване на полупроводника, нормално най-скъпата част от устройството. Самовъзстановяващият се полупроводник на екипа устоя на съсредоточена светлина, еквивалентна на 160 слънца. Понастоящем хората главно създават водород от изкопаемото гориво метан, като употребяват доста сила от изкопаеми горива в процеса. Въпреки това, растенията събират водородни атоми от вода, употребявайки слънчева светлина.
Докато човечеството се пробва да понижи своите въглеродни излъчвания, водородът е прелъстителен както като независимо гориво, по този начин и като съставен елемент в устойчиви горива, създадени с рециклиран въглероден диоксид. По същия метод водородът е нужен за доста химични процеси, да вземем за пример за произвеждане на торове.
Зетиан Ми, професор по електротехника и компютърно инженерство в университета в Мичиган, управлява изследването, представено в списание Nature. Ми споделя: „ В последна сметка ние имаме вяра, че устройствата за изкуствена фотосинтеза ще бъдат доста по-ефективни от естествената фотосинтеза, което ще обезпечи път към въглеродна индиферентност. “ Изключителният резултат идва от две съществени преимущества на новата технология. Първото е способността да се концентрира слънчевата светлина, без да се унищожава полупроводникът, който употребява светлината.
Пенг Джоу, теоретичен помощник в региона на електротехниката и компютърното инженерство, водещ създател на проучването споделя: „ Ние намалихме размера на полупроводника с повече от 100 пъти спрямо някои полупроводници, работещи единствено при невисок интензитет на светлината. Водородът, създаден от нашата технология, може да бъде доста на ниска цена.
Второто преимущество на технологията е потреблението както на по-високата енергийна част от слънчевия набор за делене на водата, по този начин и по-ниската част от спектъра за обезпечаване на топлота, която предизвиква реакцията. Магията е задействана от полупроводников катализатор, който се усъвършенства с течение на използването като се съпротивлява на разграждането, което такива катализатори нормално изпитват, когато употребяват слънчевата светлина за задвижване на химични реакции. В допълнение към обработката на висок интензитет на светлината, той може да устоя при високи температури, които са пагубни за компютърните полупроводници.
По-високите температури форсират процеса на делене на водата, а спомагателната топлота също предизвиква водорода и кислорода да останат разграничени, вместо да възобновяват връзките си и да образуват вода още веднъж.
За опит навън Джоу слага леща с размерите на прозорец на къща, с цел да концентрира слънчевата светлина върху пробен панел с диаметър единствено няколко инча. В рамките на този панел полупроводниковият катализатор е затрупан със пласт вода, кипящ от отделените от него газове водород и О2. Катализаторът е изработен от наноструктури от индиев галиев нитрид, отгледан върху силиконова повърхнина. Тази полупроводникова пластина улавя светлината, трансформирайки я в свободни електрони и дупки – позитивно заредени празнини, оставени след освобождението на електрони от светлината. Наноструктурите са осеяни с наномащабни топки от метал, 1/2000 от милиметъра в диаметър, които употребяват тези електрони и дупки, с цел да насочат реакцията. Един елементарен изолационен пласт от горната страна на панела поддържа температурата на високите 75° по Целзий или 167° по Фаренхайт, задоволително топло, с цел да насърчи реакцията, като в същото време е задоволително хладна, с цел да може полупроводниковият катализатор да работи добре.
Версията на опита навън, с по-малко надеждна слънчева светлина и температура, реализира 6,1% успеваемост при превръщането на силата от слънцето във водородно гориво. На закрито обаче системата реализира 9% успеваемост.
Следващите провокации, с които екипът има намерение да се оправи, са по-нататъшното възстановяване на успеваемостта и постигането на водород с ултрависока непорочност, който може да се зарежда непосредствено в горивните кафези. Част от интелектуалната благосъстоятелност, обвързвана с тази работа, е лицензирана на NS Nanotech Inc. и NX Fuels Inc., в които Ми е съосновател. Университетът на Мичиган и Ми имат финансов интерес и в двете компании.
