Ühendkuningriigis asuva Cambridge'i ülikooli teadlaste sõnul saab lehtedetaolisi seadmeid, mis on vee peal hõljumiseks piisavalt kerged, kasutada kütuse tootmiseks avatud veeallikatel asuvatest päikesefarmidest – seda teed, mida pole varem uuritud. neid arendanud. Uued seadmed on valmistatud õhukestest painduvatest aluspindadest ja perovskiidil põhinevatest valgust neelavatest kihtidest ning katsed näitasid, et need suudavad Cami jõel hõljudes toota kas vesinikku või süngaasi (vesiniku ja süsinikmonooksiidi segu).
Sellised kunstlikud lehed on teatud tüüpi fotoelektrokeemilised rakud (PEC), mis muudavad päikesevalguse elektrienergiaks või kütuseks, jäljendades mõningaid fotosünteesi aspekte, näiteks jagades vee selle koostisosadeks hapnikuks ja vesinikuks. See erineb tavapärastest fotogalvaanilistest elementidest, mis muudavad valguse otse elektriks.
Kuna PEC-i tehislehed sisaldavad ühes kompaktses seadmes nii kergeid koristus- kui katalüsaatorkomponente, saaks nendest põhimõtteliselt odavalt ja lihtsalt päikesevalgusest kütust toota. Probleem on selles, et praegusi nende valmistamise tehnikaid ei saa suurendada. Veelgi enam, need koosnevad sageli habrastest ja rasketest puistematerjalidest, mis piirab nende kasutamist.
2019. aastal teadlaste meeskond eesotsas Erwin Reisner töötas välja kunstliku lehe, mis tootis päikesevalgusest, süsihappegaasist ja veest sünteesigaasi. See seade sisaldas kahte valguse neelajat ja katalüsaatorit, kuid see sisaldas ka paksu klaasist substraati ja niiskuse eest kaitsvaid katteid, mis muutsid selle tülikaks.
Uus, kerge versioon
Uue, kergema versiooni tegemiseks tuli Reisneril ja kolleegidel ületada mitmeid väljakutseid. Esimene oli valguse neelajate ja katalüsaatorite integreerimine substraatidele, mis on vastupidavad vee imbumisele. Selleks valisid nad õhukese kilega metalloksiidi, vismutvanadaadi (BiVO4) ja fotoaktiivsed pooljuhid, mida tuntakse pliihalogeniidperovskiitidena ja mida saab katta painduvatele plast- ja metallfooliumidele. Seejärel katsid nad seadmed mikroni paksuse vetthülgava polüetüleentereftalaadiga. Tulemuseks oli struktuur, mis töötab ja näeb välja nagu tõeline leht.
"Asetasime valguse neelajad seadmete keskele, et kaitsta neid vee eest," selgitab Reisner. "Eelkõige niiskustundlik perovskiit tuleb täielikult isoleerida."
Katalüsaatorid sadestatakse seadme mõlemale küljele. Perovskiidid ja BiVO4 koguvad päikesekiirgust, kuid selle asemel, et toota elektrit nagu fotogalvaaniline paneel, kasutavad nad kogutud energiat katalüsaatorite toel keemilise reaktsiooni käivitamiseks. "See võimaldab meil põhiliselt juhtida keemiat päikesepaneelil – meie puhul muundades kasvuhoonegaasi süsinikdioksiidi veega, et toota süngaasi, mis on oluline tööstuslik energiakandja," räägib Reisner. Füüsika maailm.
Teadlased katsetasid nende lehti Cambridge'is Cami jõel ja leidsid, et nad muudavad päikesevalguse kütusteks sama tõhusalt kui looduslikud taimelehed. Tõepoolest, plaatina katalüsaatorit sisaldav seade saavutas aktiivsuse 4,266 μmol H2 g-1 h-1.
Põllumajandusettevõtted kütuse sünteesiks
“Päikesepargid on muutunud populaarseks elektri tootmiseks; me kujutame ette sarnaseid farme kütuse sünteesiks,” ütleb meeskonnaliige Virgil Andrei. "Need võivad varustada rannikuäärseid asulaid, kaugeid saari, katta tööstuslikke tiike või vältida vee aurustumist niisutuskanalitest."
Vedelikuvool juhitakse okaspuulehtedest inspireeritud pinnale
"Paljud taastuvenergia tehnoloogiad, sealhulgas päikeseenergia tehnoloogiad, võivad maal hõivata suurel hulgal ruumi, nii et tootmise viimine avavette tähendaks, et puhas energia ja maakasutus ei konkureeri omavahel," lisab Reisner. "Teoreetiliselt võiks need seadmed kokku rullida ja panna peaaegu kõikjale, peaaegu igas riigis, mis aitaks kaasa ka energiajulgeolekule."
Teadlased ütlevad, et nad töötavad nüüd oma seadmete suurendamise ja tõhususe ja stabiilsuse parandamise nimel. "Meie meeskond uurib ka uusi katalüsaatoreid, et laiendada tehislehtede keemilist ulatust, et võimaldada meil toota muid tooteid rikkalikest lähteainetest ja ideaaljuhul ka paljudest erinevatest kemikaalidest nõudmisel," ütleb Reisner.
Käesolevat uuringut kirjeldatakse üksikasjalikult loodus.
