Współpraca kierowana przez Cornell University osiągnęła trifectę technologii zrównoważonego rozwoju: grupa opracowała tanią metodę wytwarzania „zielonego” wodoru bez węgla poprzez elektrolizę wody morskiej napędzaną energią słoneczną. Szczęśliwy produkt uboczny tego procesu? Woda pitna.
Hybrydowe urządzenie elektrolizy destylacji słonecznej (HSD-WE) zespołu, zgłosiło 9 kwietnia w zakresie nauk o energii i środowisku, wytwarza obecnie 200 mililitrów wodoru na godzinę z 12,6% efektywnością energetyczną bezpośrednio z wody morskiej pod naturalnym światłem słonecznym.
Naukowcy szacują, że w ciągu 15 lat technologia może zmniejszyć koszt produkcji zielonego wodoru do 1 USD za kilogram-kluczowy krok w osiągnięciu emisji netto-zerowej do 2050 r.
„Woda i energia są krytycznie potrzebne do naszego codziennego życia, ale zazwyczaj, jeśli chcesz wyprodukować więcej energii, musisz spożywać więcej wody” – powiedział Lenan Zhang, adiunkt i prowadzenie projektu. „Z drugiej strony potrzebujemy wody pitnej, ponieważ dwie trzecie globalnej populacji stoi w obliczu niedoboru wody. Tak więc jest wąskie gardło w produkcji zielonego wodoru, co znajduje odzwierciedlenie w kosztach”.
Zielony wodór jest wytwarzany przez podział „wysokiej czystości” – tj. Dejonizowane – cząsteczki wody na wodór i tlen poprzez elektrolizę. Wysoki koszt wynika z ogromnej ilości czystej wody, jakiej wymaga proces; Koszt produkcji zielonego wodoru może być około 10 razy wyższy niż zwykły wodór.
„Właśnie dlatego wymyśliliśmy tę technologię” – powiedział Zhang. „Pomyśleliśmy:„ OK, jaki jest najliczniejszy zasób na ziemi? ” Solar i wodę morską są zasadniczo nieskończonymi zasobami, a także bezpłatnymi zasobami ”.
Współpracując z naukowcami z MIT, Johns Hopkins University i Michigan State University, zespół Zhanga opracował prototypowe urządzenie z 10 centymetrowym na 10 centymetrów, które wykorzystuje jedną z wad fotowoltaiki: ich stosunkowo niską wydajność. Większość komórek PV może przekształcić się tylko w około 30% energii słonecznej w energię elektryczną, a reszta rozprasza się jako ciepło odpadowe. Ale urządzenie zespołu jest w stanie wykorzystać większość tego odpadu i używa go do ogrzewania wody morskiej, dopóki nie wyparuje.
„Zasadniczo światło słoneczne o krótkiej długości fali oddziałuje z ogniwem słonecznym w celu wytwarzania energii elektrycznej, a dłuższe światło długości fali wytwarza ciepło odpadowe do zasilania destylacji wody morskiej”-powiedział Zhang. „W ten sposób cała energia słoneczna można w pełni wykorzystać. Nic nie zmarnowane”.
Po odparowaniu wody morskiej sól jest pozostawiona, a odsalinę oparową skrapla się w czystą wodę, która przechodzi przez elektrolizer, który dzieli cząsteczki wody na wodór i tlen.
Zhang widzi potencjał włączenia technologii do gospodarstw słonecznych do ochłodzenia paneli PV, co poprawiłoby ich wydajność i przedłużyłaby ich długość życia.
„Chcemy uniknąć emisji dwutlenku węgla, unikać zanieczyszczenia. Tymczasem dbamy również o koszty, ponieważ niższy koszt, jaki posiadamy, wyższy potencjał rynkowy dla przyjęcia na dużą skalę”-powiedział. „Uważamy, że istnieje ogromny potencjał przyszłej instalacji”.
Badania zostały wsparte przez National Science Foundation.