Według naukowców z Uniwersytetu Linköping w Szwecji w Szwecji reakcja chemiczna na wytwarzanie wodoru z wody jest kilkakrotnie bardziej skuteczna przy użyciu nowych materiałów w trzech warstwach. Wodór wytwarzany z wody jest obiecującym źródłem energii odnawialnej – szczególnie jeśli wodór jest wytwarzany za pomocą światła słonecznego.
Produkcja nowych samochodów benzynowych i wysokoprężnych zostanie zakazana w UE od 2035 r. Oczekuje się, że silniki elektryczne staną się coraz bardziej powszechne w pojazdach – ale nie są odpowiednie dla wszystkich rodzajów transportu.
„Samochody pasażerskie mogą mieć baterię, ale ciężkie ciężarówki, statki lub samoloty nie mogą używać baterii do przechowywania energii. W przypadku tych środków transportu musimy znaleźć czyste i odnawialne źródła energii, a wodór jest dobrym kandydatem” – mówi Jianwu Sun, profesor nadzwyczajny na Uniwersytecie Linköping, który prowadził badanie opublikowane w dzienniku American Chemical Society.
Badacze Liu pracują nad opracowującymi materiały, które można wykorzystać do wytworzenia wodoru (H2) z wody (H2O) przy użyciu energii w świetle słonecznym.
Zespół badawczy wcześniej wykazał, że materiał zwany krzemem sześciennym (3C-SIC) ma korzystne właściwości ułatwiające reakcję, w której woda jest podzielona na wodór i tlen. Materiał może skutecznie uchwycić światło słoneczne, aby energia mogła być wykorzystana do produkcji wodoru poprzez fotochemiczną reakcję dzielania wody.
W ich obecnym badaniu naukowcy opracowali nowy połączony materiał. Nowy materiał składa się z trzech warstw: warstwy sześciennego węgliku krzemowego, warstwy tlenku kobaltu i materiału katalizatora, który pomaga podzielić wodę.
„Jest to bardzo skomplikowana struktura, więc naszym badaniem było zrozumienie funkcji każdej warstwy i tego, jak pomaga poprawić właściwości materiału. Nowy materiał ma osiem razy lepszą wydajność niż czysty węglik krzemu sześciennego do podziału wody na wodór”, mówi Jianwu Sun.
Gdy światło słoneczne uderza w materiał, wytwarzane są ładunki elektryczne, które są następnie wykorzystywane do podziału wody. Wyzwaniem w opracowywaniu materiałów dla tego zastosowania jest zapobieganie ponownym połączeniu ładunków pozytywnych i negatywnych i zneutralizowaniu się nawzajem. W swoich badaniach naukowcy pokazują, że łącząc warstwę sześciennego węgliku krzemu z pozostałymi dwoma warstwami, materiał, znany jako Ni (OH) 2/CO3O4/3C-SIC, staje się bardziej zdolny do oddzielenia ładunków, dzięki czemu podział wody jest bardziej skuteczny.
Dziś istnieje rozróżnienie między wodorem „szarym” i „zielonego”. Prawie cały wodór obecny na rynku to „szary” wodór wytwarzany z paliwa kopalnego zwanego gazem ziemnym lub gazem kopalnym. Produkcja jednej tony „szarego” wodoru powoduje emisję do dziesięciu ton dwutlenku węgla, co przyczynia się do efektu cieplarnianego i zmian klimatu. Wodór „zielony” jest wytwarzany przy użyciu energii odnawialnej jako źródła energii.
Długoterminowym celem badaczy Liu jest możliwość wykorzystania tylko energii ze Słońca do napędzania reakcji fotochemicznej do wytworzenia „zielonego” wodoru. Większość opracowywanych materiałów ma wydajność od 1 do 3 procent, ale w przypadku komercjalizacji tej zielonej technologii wodoru cel wynosi 10 % wydajności. Możliwość pełnego napędzania reakcji za pomocą energii słonecznej obniżyłaby koszt produkcji „zielonego” wodoru, w porównaniu do produkcji go za pomocą dodatkowej energii elektrycznej odnawialnej, tak jak to ma miejsce w przypadku zastosowanej dziś technologii. Jianwu Sun spekuluje, że zespół badawczy może potrwać około pięciu do dziesięciu lat, aby opracować materiały, które osiągnęły pożądany limit 10 procent.
Badania zostały sfinansowane przy wsparciu, między innymi, szwedzkiej Fundacji Międzynarodowej Współpracy Badań i Szkolnictwa Wyższego (Stint), Olle Engkvists Stiftelse, Fundacji ÅForsku, Carl Tryggers Stiftelse i przez szwedzki obszar badań strategicznych w zaawansowanych materiałach funkcjonalnych (AFM) na Uniwersytecie Linköping.