Ηλιακές κυψέλες επιταχύνουν την παραγωγή υδρογόνου με διαδικασία που θυμίζει φωτοσύνθεση

Πηγή: NewScientist, 18 Φεβρουαρίου 2008

Μια ηλιακή κυψέλη χρησιμοποιήθηκε με μια διαδικασία που θυμίζει φωτοσύνθεση για να σχηματιστεί υδρογόνο με άμεσο τρόπο από το νερό. Το πρωτότυπο είναι ανεπαρκές βέβαια, αλλά οι ερευνητές που το έφτιαξαν θεωρούν ότι μπορούν να ανεβάσουν την αποδοτικότητά του, κάνοντας το ίσως σε μια βιώσιμη πηγή υδρογόνου για να τροφοδοτηθούν με καύσιμα τα αυτοκίνητα και άλλα οχήματα.

Η συσκευή, που φτιάχτηκε από τον Thomas Mallouk του πολιτειακού πανεπιστημίου της Πενσυλβανίας, δουλεύει σαν μία ηλιακή κυψέλη και λέγεται κυψέλη Grδtzel, και χρησιμοποίησαν το φως του ήλιου για να βγάλει ηλεκτρόνια από μόρια χρωστικών ουσιών. Αλλά αντί να να δημιουργήσουν ρεύμα, όπως γίνεται στην κυψέλη Grδtzel, τα ηλεκτρόνια απομακρύνονται από τη χρωστική ουσία και πάνε σε έναν καταλύτη, όπου διαχωρίζονται τα μόρια του νερού σε ιόντα οξυγόνου και υδρογόνου με μια αντίδραση παρόμοια με ένα στάδιο της φυσικής φωτοσύνθεσης.

Άλλες προσεγγίσεις βασισμένες σε χρωστικές ουσίες για το διαχωρισμό του νερού δεν έχουν λειτουργήσει και πολύ καλά επειδή τα ηλεκτρόνια επανασυνδυάζονται συχνά με τη χρωστική ουσία προτού να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν. Ο Mallouk λέει ότι το πρόβλημα ήταν στην διευθέτηση του μοριακού κυκλώματος για να διοχετεύσει αποτελεσματικά τα ηλεκτρόνια, αποφεύγοντας τέτοια "βραχυκυκλώματα".

Η λύση που έδωσε συνίσταται στη σύνδεση μορίων βασισμένων στο ρουθήνιο με ένα μόριο καταλύτη, που προσκολλούνται τόσο πολύ που οποιαδήποτε ηλεκτρόνια ξεφύγουν από τη χρωστική ουσία κατευθύνονται στον καταλύτη. "Το βασικό είναι να πάρουμε οτιδήποτε μικρό και να το συσκευάσουμε χωριστά," λέει ο Mallouk.

Στη νέα συσκευή, το νερό διαχωρίστηκε χίλιες φορές γρηγορότερα απ' ό,τι σε άλλες κυψέλες βασισμένες σε βαφές.

"Το ελκυστικό χαρακτηριστικό της εργασίας αυτής είναι ότι η χρωστική ουσία είναι γύρω από νανοσωματίδια οξειδίου του ιριδίου. Είναι μια πολύ κομψή και πρωταρχική προσέγγιση, "λέει ο Michael Grätzel του Τεχνολογικού Ιδρύματος στη Λωζάνη, εφευρέτης της κυψέλης Grätzel.

Η προσέγγιση αυτή μπορεί επίσης να είναι πιο ελπιδοφόρα από όσο οι προσεγγίσεις με ημιαγωγούς, που είναι απίστευτα σύνθετες, πιστεύει ο James Durrant του Αυτοκρατορικού Κολεγίου.

Ο Mallouk αναγνωρίζει ότι μέχρι τώρα η κυψέλη είναι πολύ ανεπαρκές, καθώς μόνο το 1% περίπου της ενέργειας του φωτός που πέφτει πηγαίνει για το διαχωρισμό του νερού, όμως υποστηρίζει ότι με κάποια βελτιστοποίηση της γεωμετρίας και των μορίων η αποδοτικότητα θα μπορούσε να ανέβει στα 10%. "Επειδή καταλαβαίνουμε τη σχέση μεταξύ των διαμοριακών αποστάσεων και των ρυθμών μεταφοράς ηλεκτρονίων, μπορούμε σε γενικές γραμμές να βελτιώσουμε το σύστημά μας αλλάζοντας τις ομάδες σύνδεσης μεταξύ των μορίων."

Ο Mallouk παρουσίασε την εργασία του σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης στη Βοστώνη.