Linköpingissä kehitetty uusi materiaali pystyy hajottamaan vettä pelkästään auringonvaloa käyttäen ja saavuttaa lähes 10 prosentin hyötysuhteen.
Sisällysluettelo
- Uusi teknologia tehokkaamman vedyn tuotantoon
- Kolmikerroksinen materiaali: pii, koboltti ja katalyytti
- Kahdeksan kertaa parempi suorituskyky verrattuna aiempiin teknologioihin
- Suoraan auringonvalosta toimiva vihreä vety
- Todellinen vaihtoehto raskaalle liikenteelle ja lentoliikenteelle .
Uusi materiaali veden hajottamiseen auringonvalon avulla
Vihreän vedyn tuotanto vedestä ja aurinkoenergiasta on noussut uudelle tasolle uuden materiaalin ansiosta, jonka on kehittänyt tutkijaryhmä Linköpingin yliopistossa (Ruotsi). Käyttämällä kolmikerroksista rakennetta he onnistuivat kahdeksankertaistamaan veden fotokatalyysin tehokkuuden, mikä voi nopeuttaa siirtymistä nollapäästöiseen energiamalliin.
Professori Jianyu Sunin johtama tutkimus, joka on julkaistu American Chemical Society -lehdessä, tähtää joidenkin materiaalien kykyyn parantaa auringonvalon talteenottoa ja käyttää sen energiaa veden molekyylien hajottamiseen vedyksi (H₂) ja hapeksi (O₂). Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä fotokatalyysi, voi olla puhdas ja kestävä tapa tuottaa vetyä ilman fossiilisia polttoaineita.
Miksi tämä edistys on tärkeää?
Kun uusien bensiini- ja dieselautojen myynti lopetetaan Euroopan unionissa vuoteen 2035 mennessä, maaliikenne on siirtymässä sähköistymiseen. Kuitenkin esimerkiksi lentoliikenne, meriliikenne ja kaukoliikenne eivät todennäköisesti voi toimia pelkästään akkujen varassa niiden painon ja rajoitetun toimintasäteen vuoksi.
Näissä tapauksissa ”vihreä vety” näyttää olevan toteuttamiskelpoinen ratkaisu. Se ei tuota CO₂-päästöjä käytön aikana ja voidaan varastoida nestemäisessä tai kaasumaisessa muodossa, jolloin se tarjoaa riittävän energiatiheyden raskaille ajoneuvoille. Tähän asti sen tuotanto on kuitenkin ollut kallista ja riippuvainen ulkoisesta uusiutuvasta sähköenergiasta, mikä on rajoittanut sen taloudellista tehokkuutta.
Läpimurron ydin: kolmikerroksinen rakenne
Uusi materiaali yhdistää kuutiokarbidipii (3C-SiC), joka tunnetaan kyvystään absorboida auringonvaloa, kobolttioksidiin (Co₃O₄) ja nikkelihydroksidipinnoitteeseen (Ni(OH)₂), joka toimii katalyyttinä. Avaintekijä on näiden kerrosten vuorovaikutus:
- Parantaa auringon spektrin absorptiota .
- Jakaa tehokkaasti valon tuottamat sähkövaraukset (estää niiden rekombinaation).
- Edistää veden hajoamisreaktiota.
Tällainen synergia mahdollistaa kahdeksankertaisen tehonlisäyksen verrattuna pelkän piikarbidin käyttöön, mikä on merkittävä harppaus alalla, jossa edistyminen on usein hidasta.
Aurinkovety lähitulevaisuudessa
Tällä hetkellä suurin osa maailman tuotetusta vedystä on ”harmaata” vetyä, jota saadaan maakaasusta prosessissa, jossa syntyy suuria määriä hiilidioksidipäästöjä. Vain pieni osa on ”vihreää” vetyä, jota tuotetaan uusiutuvalla sähköenergialla. Mutta jopa tämä ”vihreä” vaihtoehto vaatii sähköinfrastruktuuria ja voi olla kallista tai rajoittaa reaaliaikaista pääsyä sähköön.
Jianyou Sunin ja hänen tiiminsä innovatiivinen lähestymistapa on, että se tähtää sähköverkon täydelliseen irrottamiseen: prosessi tapahtuu yksinomaan suorassa auringonvalossa . Jos he onnistuvat saavuttamaan 10 prosentin tehokkuustavoitteen, jota pidetään teollistamisen vähimmäisvaatimuksena, se avaa tien itsenäisten vetyntuotantolaitosten perustamiselle jopa syrjäisillä tai aurinkoisilla alueilla, joilla ei ole pääsyä monimutkaiseen energiainfrastruktuuriin.
Tällä hetkellä vastaavien materiaalien tehokkuus on 1–3 %, joten tehtävä on teknisesti haastava, mutta toteutettavissa. Tutkijat arvioivat, että viiden–kymmenen vuoden kuluttua he voivat valmistella version laajamittaisia kokeita varten.
Esimerkkejä todellisesta elämästä ja johtopäätökset
Tällaiset innovatiiviset hankkeet, kuten HyDeal Spain , joka suunnittelee laajamittaista ”vihreän” vedyn tuotantoa aurinkoenergialla maan eteläosassa, tai ” vihreä vetykäytävä” Pohjois-Euroopassa , osoittavat, että infrastruktuuri tämän tyyppisen vedyn hyödyntämiseksi on jo alkanut muodostua. Ilman tällaisia materiaalien alalla saavutettuja edistysaskeleita hinta on kuitenkin edelleen esteenä.
Lisäksi mahdollisuus luoda paikallisia aurinkovoimalla toimivia tuotantojärjestelmiä antaisi maaseutuyhteisöille tai saarille mahdollisuuden tuottaa omaa polttoainettaan ilman riippuvuutta fossiilisten polttoaineiden toimituksista tai kalliista sähköverkoista.
Potentiaali
Tämä uusi materiaali ja siihen liittyvät teknologiat voivat tulla keskeiseksi osaksi globaalia hiilestä irtautumista, jos sen käyttöä laajennetaan. Joitakin todellisia potentiaalisia käyttömahdollisuuksia ovat:
- Nollapäästöinen energiantuotanto raskaille ajoneuvoille (kuorma-autot, laivat, junat).
- Paikallisten vetyasemien kehittäminen alueilla, joilla on paljon auringon säteilyä, kuten Välimerellä, Sahelissa ja Latinalaisessa Amerikassa.
- Hajautettu tuotanto ympäristöystävällisiä lentopolttoaineita, kuten synteettistä kerosiinia, joka perustuu vihreään vetyyn.
- Päästöjen radikaali vähentäminen kemian- ja terästeollisuudessa, jotka ovat vaikeasti sähköistettäviä aloja.
- Energiamahdollisuuksien laajentaminen yhteisöissä, joissa on heikko sähköinfrastruktuuri mutta suuri aurinkoenergiapotentiaali.
Lyhyesti sanottuna, Linköpingin tiimin tutkimus ei ole vain tieteellinen läpimurto, vaan se avaa oven uuteen energiaparadigmaan, jossa auringonvalo voi tuottaa energiaa kokonaisille teollisuudenaloille jättämättä hiilijalanjälkeä.