Καύσιμο υδρογόνο από θαλασσινό νερό εξάγει υβριδικό νανο-υλικό

Είναι δυνατόν να παραχθεί υδρογόνο για να τροφοδοτήσει κυψέλες καυσίμων με την εξαγωγή του αερίου από το θαλασσινό νερό, όμως η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται για να γίνει κάνει τη διαδικασία δαπανηρή. Ο ερευνητής του UCF Yang Yan, έχει επινοήσει ένα νέο υβριδικό νανο-υλικό που αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια και τη χρησιμοποιεί για να παραγάγει υδρογόνο από θαλασσινό νερό πολύ πιο φθηνά και αποτελεσματικά από ότι τα υπάρχοντα υλικά. Η σημαντική ανακάλυψη θα μπορούσε μια μέρα να οδηγήσει σε μια νέα πηγή καθαρού καυσίμου, να ελαττώσει την ζήτηση σε ορυκτά καύσιμα και να εκτινάξει την οικονομία της Florida, όπου ο ήλιος και το θαλασσινό νερό είναι άφθονα.

Ο Yang, επίκουρος καθηγητής στο Τεχνολογικό Κέντρο ΝανοΕπιστήμης του Πανεπιστημίου Κεντρικής Florida και στο Τμήμα Επιστήμης Υλικών και Μηχανικής, εργάζεται στην περιοχή του ηλιακού διαχωρισμού του υδρογόνου για περίπου 10 χρόνια. Αυτό γίνεται με χρήση ενός φωτοκαταλύτη – ένα υλικό που ωθεί μια χημική αντίδραση χρησιμοποιώντας ενέργεια από το φως. Όταν άρχισε την έρευνά του ο Yang, εστίασε στη χρήση ηλιακής ενέργειας για να εξάγει υδρογόνο από καθαρισμένο νερό. Είναι μια πολύ δυσκολότερη πράξη με το θαλασσινό νερό, οι φωτοκαταλύτες που χρειάζονται δεν έχουν αρκετή διάρκεια για να διαχειριστούν τη βιομάζα του και το διαβρωτικό αλάτι.

Όπως αναφέρεται στο περιοδικό Energy & Environmental Science, ο Yang και η ερευνητική του ομάδα έχουν αναπτύξει ένα νέο καταλύτη που μπορεί όχι μόνο να συλλέγει ένα πολύ ευρύτερο φάσμα φωτός από ότι άλλα υλικά, αλλά επίσης να αντέχει στις σκληρές συνθήκες που βρίσκουμε στο θαλασσινό νερό. «Έχουμε ανοίξει ένα νέο παράθυρο για να διαχωρίζουμε το πραγματικό νερό, όχι μόνο το καθαρισμένο νερό στο εργαστήριο», σημείωσε ο Yang. «Αυτό λειτουργεί καλά στο θαλασσινό νερό». Ο Yang ανέπτυξε μια μέθοδο να κατασκευάσει ένα φωτοκαταλύτη που συνίσταται από υβριδικό υλικό. Πάρα πολύ μικρές νανοκοιλότητες χαράχτηκαν χημικά στην επιφάνεια ενός υπέρλεπτου φιλμ διοξειδίου του τιτανίου, του πιο κοινού φωτοκαταλύτη. Αυτές εγχαραγμένες νανοκοιλότητες σκεπάστηκαν με νανονιφάδες δισουλφιδίου του μολυβδαινίου (διθειούχου μολυβδαίνιου), ένα δισδιάστατο υλικό με πάχος ενός απλού ατόμου.

Ο τυπικοί καταλύτες μπορούν να μετατρέψουν σε ενέργεια μόνο ένα περιορισμένο εύρος του φάσματος του φωτός. Με το νέο υλικό, η ομάδα του Yang μπορεί να αυξήσει σημαντικά το εύρος του φάσματος του φωτός που μπορεί να συλλεχθεί. Ρυθμίζοντας την πυκνότητα των κενών θείου μέσα στις νανονιφάδες, μπορούν παράγουν ενέργεια από μήκη κύματος φωτός από το υπεριώδες, το ορατό, μέχρι κοντά στο υπέρυθρο, καθιστώντας το τουλάχιστον διπλάσιας αποτελεσματικότητας από τους υπάρχοντες φωτοκαταλύτες. «Μπορούμε να απορροφήσουμε πολύ περισσότερη ηλιακή ενέργεια από το φως από ότι το συμβατικό υλικό», αναφέρει ο Yang. «Πραγματικά, εάν εμπορευματοποιηθεί, θα ήταν πολύ καλό για την οικονομία της Florida. Έχουμε πολύ θαλασσινό νερό γύρω από τη Florida και πολύ πραγματικά καλή ηλιοφάνεια».

Σε πολλές καταστάσεις, η παραγωγή χημικού καυσίμου από ηλιακή ενέργεια είναι η καλύτερη λύση από την παραγωγή ηλεκτρισμού από ηλιακά πάνελ, είπε. Αυτή η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί ή να αποθηκευτεί σε μπαταρίες, όπου υποβαθμίζεται, ενώ το αέριο υδρογόνο μπορεί εύκολα να αποθηκευτεί και να μεταφερθεί. Το να κατασκευαστεί ο καταλύτης είναι σχετικά εύκολο και φθηνό. Η ομάδα του Yang συνεχίζει την έρευνά της εστιάζοντας στον καλύτερο τρόπο να επεκτείνουν την κατασκευή και βελτιώσουν περαιτέρω την απόδοσή της, έτσι που να είναι δυνατός η εξαγωγή του υδρογόνου από λύματα.