Kilde: spectrum.ieee.org
Solcellepaneler multipliserer på hustak og i hager over hele verden mens samfunnene brummer for fornybar elektrisitet. Men ingeniører i Belgia sier at panelene kan gjøre mer enn å holde lysene på - de kan også produsere hydrogengass på stedet, slik at familier kan varme opp hjemmene sine uten å utvide karbonavtrykket.
Et team påKatholieke Universiteit Leuven, eller KU Leuven,sier det har utviklet seget solcellepanel som omdanner sollys direkte til hydrogen ved hjelp av fuktighet i luften. Prototypen tar vanndampen og deler den i hydrogen- og oksygenmolekyler. Hvis den skaleres med suksess, kan teknologien bidra til å løse en stor utfordring som hydrogenøkonomien står overfor.
Hydrogen produserer, i motsetning til fossile drivstoff, ikke klimagassutslipp eller luftforurensning når det brukes i drivstoffcelledrevne kjøretøyer eller bygninger. Likevel er nesten alt hydrogen produsert i dag laget med etindustriell prosesssom involverer naturgass, og dette pumper til slutt mer utslipp til atmosfæren.
Et lite, men økende antall anlegg produserer "grønt" hydrogen ved hjelp av elektrolyse, som deler vannmolekyler ved hjelp av elektrisitet - ideelt fra fornybare kilder som vind og sol. Andre forskere, inkludert teamet i Belgia, utvikler det som kalles direkte solvannsteknologi. Disse bruker kjemiske og biologiske komponenter for å spalte vann direkte på solcellepanelet, slik at behovet for store, dyre elektrolyseanlegg ikke blir brukt.
"Å finne en måte å skape hydrogen på en enklere eller mer effektiv måte er kanskje en Holy Grail-oppgave," sierJim Fenton, som lederFlorida solenergisenterved University of Central Florida.
KU Leuvensitter på en gresskledd campus i Flandern, den nederlandsspråklige nordlige regionen i Belgia. Tidligere denne måneden, professorJohan Martensog teamet hans påSenter for overflatekjemi og katalysekunngjorde at deres prototype i gjennomsnitt kunne produsere 250 liter hydrogen per dag over et helt år, noe de hevder er en verdensrekord. En familie som bor i et godt isolert belgisk hus kan bruke rundt 20 av disse panelene for å dekke deres kraft- og oppvarmingsbehov i løpet av et helt år, spår de.
Solcellepanelet måler 1,65 meter langt - omtrent høyden på et kjøleskap på kjøkkenet, eller denne reporteren - og har en nominell effekt på ca 210 watt. Systemet kan konvertere 15 prosent av solenergien det mottar til hydrogen, sier teamet. Det er et betydelig sprang fra 0,1 prosent effektivitet de først oppnådde for 10 år siden. (Separat, internasjonale forskere i fjorsa de oppnådde19 prosent effektivitet i å produsere hydrogen fra direkte splitting av solvann.)
Imidlertid var Martens lab beskjedent om teknologien.Tom Bosserez, en post-doktorgradsforsker, nektet å opplyse om noe spesifikt, med henvisning til intellektuell eiendom. Han sier bare at laboratoriet spesialiserer seg på "katalysatorer, membraner og adsorbenter."
"Ved å bruke vår ekspertise på dette området klarte vi å utvikle et system som er veldig effektivt for å ta vann fra luften og dele det i hydrogen ved å bruke solenergi," skrev Bosserez i en e-post. På spørsmål om noen av de tekniske utfordringene de møtte i løpet av et tiår med utvikling, sier han: "Den vanskeligste delen er å få vannet ut av luften."
Faglige artikler gir spredte ledetråder om teknologien, selv om Bosserez sier at forskningen deres "går utover det vi publiserer." De siste årene har ingeniørene studert effekten av en rekke materialer, inkludert porøs, flerforbindelsesilisium solcellermed ”porestørrelser på mikrometer-skala”;tynnfilmskatalysatorerlaget av mangan (III) oksid; og en poly (vinylalkohol)anionbyttermembransom involverer en kaliumhydroksydoppløsning og nikkelbaserte katalysatorer.
Martens sier generelt at teamet hans bruker "billige råvarer" i stedet for edle metaller og andre dyre komponenter. "Vi ønsket å designe noe bærekraftig som er rimelig og kan brukes praktisk talt hvor som helst,"fortalte han VRT, et offentlig kringkastingsnettverk i Belgia.
Forskere planlegger å teste prototypen sin i et hus i den landlige byen Oud-Heverlee. Hydrogen ble lagret i en liten, underjordisk trykkbeholder i sommermånedene, og deretter pumpet gjennom hele huset om vinteren. Hvis alt går etter planen, sier Martens at teamet kan installere 20 paneler ved huset, eller bygge et større nabolagssystem for å la andre familier bruke det "grønne" hydrogenet.
Fenton, ved Florida Solar Energy Center, sier det er altfor tidlig å avgjøre om eller når hydrogenproduserende solcellepaneler kan bli økonomisk levedyktige. Teknologien er fortsatt i en veldig tidlig utviklingsfase, og - spesielt i USA - er eksisterende oppvarmingsdrivstoff som naturgass relativt billig. Imidlertid, når land jobber for å takle klimaendringer, og ettersom flere lokalsamfunn installerer lokal fornybar energiinfrastruktur som soltak på taket, ser han en potensiell rolle for disse hydrogensystemene.
"Hvis applikasjonen ordner seg, kan det være veldig pent å generere hydrogen som jeg kan lagre og bruke til oppvarming av huset mitt, til matlaging, og kanskje kjøre det i drivstoffcellen min," sier Fenton. “Det er disse futuristiske mulighetene. Men det er fortsatt noe vi må forberede oss på. ”
