英国のケンブリッジ大学の研究者によると、水に浮くほど軽い葉のようなデバイスを使用して、開放水源にあるソーラー ファームから燃料を生成することができます。それらを開発しました。 新しいデバイスは、薄くて柔軟な基板とペロブスカイトベースの光吸収層でできており、テストでは、ケム川に浮かんでいる間に水素または合成ガス (水素と一酸化炭素の混合物) を生成できることが示されました。
このような人工葉は、光電気化学セル (PEC) の一種で、水を構成要素の酸素と水素に分解するなど、光合成のいくつかの側面を模倣することによって、太陽光を電気エネルギーまたは燃料に変換します。 これは、光を直接電気に変換する従来の太陽電池とは異なります。
PEC人工葉は、XNUMXつのコンパクトなデバイスに集光成分と触媒成分の両方が含まれているため、原則として、太陽光から安価かつ簡単に燃料を生成するために使用できます. 問題は、それらを作成するための現在の技術をスケールアップできないことです. さらに、それらは多くの場合、壊れやすく重いバルク材料で構成されているため、使用が制限されています。
2019年に率いる研究者チーム アーウィン・ライスナー 太陽光、二酸化炭素、水から合成ガスを生成する人工葉を開発しました。 このデバイスには XNUMX つの光吸収体と触媒が含まれていましたが、厚いガラス基板と湿気から保護するためのコーティングも組み込まれており、扱いにくいものでした。
新しい軽量バージョン
新しい軽量バージョンを作成するために、Reisner と同僚はいくつかの課題を克服する必要がありました。 XNUMXつ目は、光吸収剤と触媒を水の浸入に強い基板に組み込むことでした。 これを行うために、彼らは薄膜金属酸化物、バナジン酸ビスマス (BiVO4）、ハロゲン化鉛ペロブスカイトとして知られる光活性半導体は、柔軟なプラスチックや金属箔にコーティングできます。 次に、厚さミクロンの撥水ポリエチレンテレフタレートでデバイスを覆いました。 その結果、機能し、本物の葉のように見える構造が生まれました。
「デバイスを水から保護するために、光吸収体をデバイスの中央に配置しました」と Reisner 氏は説明します。 「特に湿気に敏感なペロブスカイトは、完全に分離する必要があります。」
触媒は、デバイスの両側に配置されます。 ペロブスカイトと BiVO4 太陽放射を収集しますが、太陽光発電パネルのように電気を生成する代わりに、収集したエネルギーを使用して、触媒のサポートにより化学反応を促進します。 「これにより、基本的にソーラーパネルで化学を推進することができます。私たちの場合、温室効果ガスである二酸化炭素を水で変換して、重要な産業用エネルギー担体である合成ガスを生成します」と Reisner 氏は語っています。 物理学の世界.
研究者たちは、ケンブリッジのケム川に浮かぶ葉をテストし、自然の植物の葉と同じくらい効率的に太陽光を燃料に変換することを発見しました. 実際、白金触媒を含むデバイスは 4,266 の活性を達成しました。 μモルH2 g-1 h-1.
燃料合成のための農場
「太陽光発電所は発電用として人気を博しています。 燃料合成のための同様の農場を想定しています」とチームメンバーは言います バージル・アンドレイ. 「これらは、沿岸集落や離島に供給したり、工業用池を覆ったり、灌漑用水路からの水の蒸発を回避したりすることができます。」
液体の流れは、針葉樹の葉に触発された表面で操作されます
「太陽燃料技術を含む多くの再生可能エネルギー技術は、陸上で大量のスペースを占める可能性があるため、生産を開放水域に移すことは、クリーン エネルギーと土地利用が互いに競合しないことを意味します」と Reisner 氏は付け加えます。 「理論的には、これらのデバイスを丸めて、ほぼすべての国のほぼどこにでも配置でき、エネルギー安全保障にも役立ちます。」
研究者は、デバイスの効率と安定性をスケールアップし、改善することに取り組んでいると述べています。 「私たちのチームはまた、新しい触媒を研究して人工葉の化学的範囲を広げ、豊富な原料から他の製品を作ることを可能にし、理想的には、長期的には多くの異なる化学物質を必要に応じて作ることができます」と Reisner 氏は言います。
現在の研究は、 自然.
