Birleşik Krallık'taki Cambridge Üniversitesi'nden araştırmacılara göre, su üzerinde yüzebilecek kadar hafif olan yaprak benzeri cihazlar, açık su kaynaklarında bulunan güneş enerjisi çiftliklerinden yakıt üretmek için kullanılabilir; bu daha önce keşfedilmemiş bir yol. onları geliştirdi. Yeni cihazlar ince, esnek alt tabakalardan ve perovskit bazlı ışık emici katmanlardan oluşuyor ve testler, Cam Nehri üzerinde yüzerken hidrojen veya sentez gazı (hidrojen ve karbon monoksit karışımı) üretebildiklerini gösterdi.
Bunun gibi yapay yapraklar, suyun kendisini oluşturan oksijen ve hidrojene bölünmesi gibi fotosentezin bazı yönlerini taklit ederek güneş ışığını elektrik enerjisine veya yakıta dönüştüren bir tür fotoelektrokimyasal hücredir (PEC). Bu, ışığı doğrudan elektriğe dönüştüren geleneksel fotovoltaik hücrelerden farklıdır.
PEC yapay yaprakları tek bir kompakt cihazda hem ışık hasadı hem de kataliz bileşenlerini içerdiğinden, prensipte güneş ışığından ucuz ve basit bir şekilde yakıt üretmek için kullanılabilirler. Sorun şu ki, bunları yapmak için mevcut tekniklerin ölçeği büyütülemiyor. Dahası, çoğu zaman kırılgan ve ağır dökme malzemelerden oluşuyorlar, bu da kullanımlarını sınırlıyor.
2019 yılında liderliğindeki bir araştırmacı ekibi Erwin Reisner güneş ışığı, karbondioksit ve sudan sentez gazı üreten yapay bir yaprak geliştirdi. Bu cihaz iki ışık emici ve katalizör içeriyordu, ancak aynı zamanda kalın bir cam alt tabaka ve neme karşı koruma sağlayan kaplamalar da içeriyordu, bu da onu hantal hale getiriyordu.
Yeni, hafif versiyon
Yeni ve daha hafif versiyonu yapmak için Reisner ve meslektaşları birçok zorluğun üstesinden gelmek zorunda kaldı. Bunlardan ilki, ışık emicileri ve katalizörleri su sızmasına karşı dirençli alt tabakalara entegre etmekti. Bunu yapmak için ince film metal oksit olan bizmut vanadatı (BiVO4) ve esnek plastik ve metal folyolar üzerine kaplanabilen kurşun halojenür perovskitler olarak bilinen fotoaktif yarı iletkenler. Daha sonra cihazları mikron kalınlığında, su geçirmez polietilen tereftalatla kapladılar. Sonuç, çalışan ve gerçek bir yaprağa benzeyen bir yapıydı.
Reisner şöyle açıklıyor: "Işık emicileri, sudan korumak için cihazların ortasına yerleştirdik." "Özellikle neme duyarlı perovskitin tamamen izole edilmesi gerekiyor."
Katalizörler cihazın her iki tarafında da biriktirilir. Perovskitler ve BiVO4 Güneş ışınımını topluyorlar, ancak fotovoltaik panel gibi elektrik üretmek yerine, toplanan enerjiyi katalizörlerin desteğiyle kimyasal bir reaksiyonu güçlendirmek için kullanıyorlar. Reisner, "Bu, esas olarak kimyayı bir güneş paneli üzerinde yönlendirmemize olanak tanıyor; bizim durumumuzda sera gazı karbondioksitini suyla dönüştürerek önemli bir endüstriyel enerji taşıyıcısı olan sentez gazı üretiyoruz" diyor. Fizik dünyası.
Araştırmacılar, Cambridge'deki Cam Nehri üzerinde yüzen yapraklarını test ettiler ve güneş ışığını, doğal bitki yaprakları kadar verimli bir şekilde yakıtlara dönüştürdüklerini buldular. Gerçekten de platin katalizör içeren bir cihaz 4,266 aktiviteye ulaştı. μmolH2 g-1 h-1.
Yakıt sentezi için çiftlikler
“Güneş enerjisi çiftlikleri elektrik üretimi açısından popüler hale geldi; yakıt sentezi için benzer çiftlikler öngörüyoruz” diyor ekip üyesi Virgil Andrey. "Bunlar kıyı yerleşimlerini, uzak adaları besleyebilir, endüstriyel göletleri kapatabilir veya sulama kanallarından suyun buharlaşmasını önleyebilir."
Kozalaklı yapraklardan ilham alan yüzeyde sıvı akışı yönlendiriliyor
Reisner, "Güneş yakıtı teknolojileri de dahil olmak üzere pek çok yenilenebilir enerji teknolojisi karada büyük miktarda yer kaplayabilir, bu nedenle üretimi açık suya taşımak, temiz enerji ve arazi kullanımının birbiriyle rekabet etmediği anlamına gelir" diye ekliyor. "Teorik olarak, bu cihazları toplayıp hemen hemen her ülkede hemen hemen her yere koyabilirsiniz, bu da enerji güvenliğine de yardımcı olacaktır."
Araştırmacılar artık cihazlarının verimliliğini ve kararlılığını artırmak ve geliştirmek için çalışacaklarını söylüyor. Reisner, "Ekibimiz ayrıca, bol miktarda hammaddeden ve ideal olarak uzun vadede birçok farklı kimyasaldan talep üzerine başka ürünler yapmamıza olanak sağlamak için yapay yaprakların kimya kapsamını genişletmek için yeni katalizörler üzerinde çalışıyor" diyor.
Bu çalışma ayrıntılı olarak Tabiat.
