Ερευνητές του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Λωζάννης (EPFL) και του Ινστιτούτου Τεχνολογίας Technion στο Ισραήλ έχουν ανακαλύψει τις θριαμβεύτριες νανοδομές που έχουν την ικανότητα να παράγουν υδρογόνο με τον πιο οικολογικό και φθηνό τρόπο, χρησιμοποιώντας απλώς ηλιακό φως.
Στην αναζήτηση για την παραγωγή ανανεώσιμης και καθαρής ενέργειας, οι φωτοηλεκτροχημικές ηλιακές κυψέλες είναι κάτι σαν το Άγιο Δισκοπότηρο. Πρόκειται για διατάξεις ικανές να διασπούν μόρια νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο σε μία λειτουργία, χάρη στην ηλιακή ακτινοβολία. «Μάλιστα, έχουμε ήδη ανακαλύψει αυτό το πολύτιμο δισκοπότηρο» αναφέρει ο Michael Grätzel, Διευθυντής του Εργαστηρίου Φωτονικής και Διεπαφών (LPI) στο EPFL και εφευρέτης των ευαισθητοποιημένων με χρωστική ουσία φωτοηλεκτροχημικών ηλιακών κυψελών. «Σήμερα έχουμε μόλις φτάσει σ’ ένα σημαντικό σημείο στο μονοπάτι που μελλοντικά θα μας οδηγήσει σε επικερδείς βιομηχανικές εφαρμογές».
Την προηγούμενη εβδομάδα, το Nature Materials φιλοξένησε ένα ρηξικέλευθο άρθρο σχετικά με το θέμα αυτό. Οι ερευνητές του EPFL, σε συνεργασία με τον Avner Rotschild του Technion, έχουν κατορθώσει να χαρακτηρίσουν με ακρίβεια τις νανοδομές οξειδίου του σιδήρου που πρέπει να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να παραχθεί υδρογόνο με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. «Το ζητούμενο της προσέγγισής μας είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα εξαιρετικά άφθονο, σταθερό και φθηνό υλικό: τη σκουριά» προσθέτει ο πρώτος συγγραφέας του άρθρου, Scott C. Warren.
Στα τέλη του προηγούμενου έτους, ο Kevin Sivula, ένας από τους συνεργάτες στο Εργαστήριο Φωτονικής και Διεπαφών, παρουσίασε ένα υβριδικό μοντέλο ηλεκτροδίου βασισμένο στην ίδια αρχή. Η αποδοτικότητά του ήταν τόση, ώστε αμέσως μόλις εκτέθηκε σε φωτεινό ερέθισμα, εμφανίστηκαν φυσαλίδες αερίου. Αναμφίβολα, οι δυνατότητες τόσο φθηνών ηλεκτροδίων αποδείχθηκαν, έστω κι αν υπήρχε περιθώριο βελτίωσης.
Οι ερευνητές, χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διελεύσεως, κατάφεραν να χαρακτηρίσουν με ακρίβεια την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στις νανοδομές με την όψη κουνουπιδιού που σχηματίζουν τα σωματίδια οξειδίου του σιδήρου, απλωμένα σε ηλεκτρόδια κατά τη διαδικασία παραγωγής. «Αυτές οι τιμές μάς έχουν βοηθήσει να καταλάβουμε γιατί λαμβάνουμε διαφορές απόδοσης ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής ηλεκτροδίων» αναφέρει ο Grätzel.
Συγκρίνοντας διάφορα ηλεκτρόδια με εγνωσμένη πλέον μέθοδο κατασκευής, οι επιστήμονες μπόρεσαν να εντοπίσουν τη δομή που κάνει τη διαφορά. Έχει ήδη κατασκευαστεί ένα αρχέτυπο 10x10 εκ. και η αποτελεσματικότητά του ανταποκρίνεται στις προσδοκίες. Το επόμενο βήμα θα είναι η επέκταση της εργαστηριακής διαδικασίας σε ευρείας κλίμακας παραγωγή. Αυτό το τελευταίο στάδιο μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης και της ελβετικής ομοσπονδιακής κυβέρνησης.
Ο μακροπρόθεσμος στόχος, προφανώς, είναι η παραγωγή υδρογόνου –το καύσιμο του μέλλοντος– με φιλικό προς το περιβάλλον και ιδιαίτερα ανταγωνιστικό τρόπο. Για τον Michael Grätzel, «οι τρέχουσες μέθοδοι, όπου για να παραχθεί υδρογόνο, ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό στοιχείο συνδέεται με έναν ηλεκτρολύτη, στοιχίζουν 15€ ανά κιλό στην καλύτερη περίπτωση. Στόχος μας είναι το κόστος 5€ ανά κιλό».
phys.org
Την προηγούμενη εβδομάδα, το Nature Materials φιλοξένησε ένα ρηξικέλευθο άρθρο σχετικά με το θέμα αυτό. Οι ερευνητές του EPFL, σε συνεργασία με τον Avner Rotschild του Technion, έχουν κατορθώσει να χαρακτηρίσουν με ακρίβεια τις νανοδομές οξειδίου του σιδήρου που πρέπει να χρησιμοποιηθούν προκειμένου να παραχθεί υδρογόνο με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. «Το ζητούμενο της προσέγγισής μας είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα εξαιρετικά άφθονο, σταθερό και φθηνό υλικό: τη σκουριά» προσθέτει ο πρώτος συγγραφέας του άρθρου, Scott C. Warren.
Στα τέλη του προηγούμενου έτους, ο Kevin Sivula, ένας από τους συνεργάτες στο Εργαστήριο Φωτονικής και Διεπαφών, παρουσίασε ένα υβριδικό μοντέλο ηλεκτροδίου βασισμένο στην ίδια αρχή. Η αποδοτικότητά του ήταν τόση, ώστε αμέσως μόλις εκτέθηκε σε φωτεινό ερέθισμα, εμφανίστηκαν φυσαλίδες αερίου. Αναμφίβολα, οι δυνατότητες τόσο φθηνών ηλεκτροδίων αποδείχθηκαν, έστω κι αν υπήρχε περιθώριο βελτίωσης.
Οι ερευνητές, χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διελεύσεως, κατάφεραν να χαρακτηρίσουν με ακρίβεια την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στις νανοδομές με την όψη κουνουπιδιού που σχηματίζουν τα σωματίδια οξειδίου του σιδήρου, απλωμένα σε ηλεκτρόδια κατά τη διαδικασία παραγωγής. «Αυτές οι τιμές μάς έχουν βοηθήσει να καταλάβουμε γιατί λαμβάνουμε διαφορές απόδοσης ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής ηλεκτροδίων» αναφέρει ο Grätzel.
Συγκρίνοντας διάφορα ηλεκτρόδια με εγνωσμένη πλέον μέθοδο κατασκευής, οι επιστήμονες μπόρεσαν να εντοπίσουν τη δομή που κάνει τη διαφορά. Έχει ήδη κατασκευαστεί ένα αρχέτυπο 10x10 εκ. και η αποτελεσματικότητά του ανταποκρίνεται στις προσδοκίες. Το επόμενο βήμα θα είναι η επέκταση της εργαστηριακής διαδικασίας σε ευρείας κλίμακας παραγωγή. Αυτό το τελευταίο στάδιο μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη χρηματοδότηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης και της ελβετικής ομοσπονδιακής κυβέρνησης.
Ο μακροπρόθεσμος στόχος, προφανώς, είναι η παραγωγή υδρογόνου –το καύσιμο του μέλλοντος– με φιλικό προς το περιβάλλον και ιδιαίτερα ανταγωνιστικό τρόπο. Για τον Michael Grätzel, «οι τρέχουσες μέθοδοι, όπου για να παραχθεί υδρογόνο, ένα συμβατικό φωτοβολταϊκό στοιχείο συνδέεται με έναν ηλεκτρολύτη, στοιχίζουν 15€ ανά κιλό στην καλύτερη περίπτωση. Στόχος μας είναι το κόστος 5€ ανά κιλό».
phys.org
RSS Feed
