Wodór wytwarzany ze światła? Nowe odkrycie polskiej naukowczyni!
Dr Ewa Wierzbicka wraz z zespołem opracowali sposób na przeprowadzenie fotoelektrokatalitycznego rozkładu wody o wysokiej wydajności. Wyniki pracy grupy badaczy mogą posłużyć do produkcji wodoru z wody pod wpływem światła. Jest to szansa na upowszechnienie się wodoru jako nośnika energii, ponieważ obecnie jego wytwarzanie jest procesem bardzo energochłonnym.
Redakcja GLOBEnergia
Podziel się
Badania nad produkcją wodoru przy użyciu światła zostały zainicjowane przez dr Wierzbicką podczas jej pobytu na stypendium Humboldta na Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie. Prace nad projektem zostały zakończone po podjęciu przez badaczkę zatrudnienia w Wojskowej Akademii Technicznej. Wyniki badań zespołu naukowców ukazały się w czasopiśmie “Materials Horizons”, w artykule pod tytułem „Ultra-stable self-standing Au nanowires/TiO2 nanoporous membrane system for high-performance photoelectrochemical water splitting cells”.
Tani i bezemisyjny sposób na wytworzenie wodoru
Obecnie znacząca większość produkowanego wodoru pochodzi z paliw kopalnych. Jak na razie jest to najtańsza metoda stosowana na skalę przemysłową. W przyszłości najbardziej wspieraną przez Unię Europejską jest produkcja wodoru poprzez elektrolizę wody z wykorzystaniem energii elektrycznej pochodzącej z odnawialnych źródeł energii. Jednak i ten sposób posiada swoje wady, ponieważ wymaga on bardzo dużych nakładów energetycznych. Lepszym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie energii produkowanej z OZE bezpośrednio do zasilania sieci elektroenergetycznej. I tutaj z pomocą przychodzi odkrycie doktor Wierzbickiej. Według badaczki fotoelektrochemiczne i fotokatalityczne wydzielanie wodoru (które nie wymaga przyłożenia zewnętrznego napięcia) to jedno z najbardziej ekologicznych metod pozyskania wodoru.
Teoretycznie są to metody o zerowej (fotokataliza) lub blisko zerowej (fotoelektrokataliza) emisji dwutlenku węgla do atmosfery, a co więcej - prawie bezkosztowe lub bezkosztowe, gdyż bazują na wykorzystaniu energii słonecznej
zauważa dr Wierzbicka.
Jak działa technologia opracowana przez Polkę?
Jak podkreśla badaczka, celem badań jej zespołu było otrzymanie materiału fotoelektrokatalizatora wykorzystywanego do rozkładu wody. Takie materiały mają zdolność do absorpcji światła i przetwarzania tej energii do wytworzenia wiązań chemicznych. W tym przypadku fotoelektrokatalizatory posłużyły do rozkładu wody na gazowy wodór i tlen. Rozkład wody generuje tzw. fotoprądy, które informują o przepływie ładunków pomiędzy elektrodami, na których wydziela się odpowiednio wodór i tlen. Cały proces przypomina wspomnianą wcześniej elektrolizę, jednak z małym wyjątkiem. Podczas gdy klasyczna elektroliza jest napędzana przez duże napięcia, metoda opracowana przez dr Wierzbicką wykorzystuje napięcia o bardzo niskim potencjale. Tak więc nowy sposób pozyskania wodoru jest znacznie mniej wymagający pod względem energetycznym. Odkrycie polskiej naukowczyni jest także innowacyjne ze względu na wykorzystanie po raz pierwszy membran z nanoporowatego tlenku tytanu, które zostały wypełnione złotymi nanodrutami. Taki krok pozwolił na wymierne zwiększenie wydajności wydzielania wodoru. Użyty do budowy membran tlenek tytanu jest wzorcowym materiałem półprzewodnikowym, który wykazuje wysoką odporność na fotokorozję, jest dostępny i tani, a jednocześnie przyjazny dla środowiska.
Nowa technologia wymaga dopracowania
Jednak doktor Wierzbicka studzi nieco entuzjazm wywołany nowym odkryciem.
Są to jednak badania podstawowe, dalekie jeszcze od aplikacji w przemyśle. Sądzę, że temat jest zdecydowanie warty dalszej eksploracji, aczkolwiek musimy się liczyć z tym, że czeka nas jeszcze wiele pracy zanim ta technologia zacznie działać na tyle wydajnie, aby mówić o wymiernych korzyściach dla społeczeństwa
podkreśla badaczka w rozmowie opublikowanej na stronie WAT.
Jak dodaje, produkcja wodoru w oparciu o nową metodę nastręcza także kilku problemów. Przede wszystkim dotyczą one małej sprawności wytwarzania, która pomimo zastosowania nowoczesnych materiałów podnoszących wydajność całego procesu, nadal nie jest wystarczająca, aby rozwiązanie to miało swoje praktyczne zastosowanie. Ponadto, konieczne jest dalsze udoskonalanie materiałów fotoaktywnych w celu zwiększenie ich stabilności. Istnieje również wiele innych aspektów technologicznych dotyczących pracy całego układu, które wymagają poprawy. Jednak dr Wierzbicka pozostaje pozytywnie nastawiona do projektu. Twierdzi, że dzięki pracy naukowców z całego świata uda się przezwyciężyć te trudności, co pozwoli na wydajne i ekologiczne wytwarzanie wodoru przy pomocy światła słonecznego. Sama nie zamierza porzucać prac nad projektem. Zamierza wprowadzić badania w nowy etap, który będzie polegać na łączeniu różnych metod syntezy w celu uzyskania materiałów o odpowiedniej architekturze i wytworzeniu heterozłącz o dużej powierzchni. Dodatkowo, dr Wierzbicka ma zamiar rozpocząć prace nad rozwojem fotokatalizy, która jest metodą pokrewną do opisywanej w niniejszym artykule. Jednak fotokataliza nie wymaga w ogóle przyłożenia zewnętrznego napięcia, a jako jedyne źródło energii napędzającej proces wykorzystuje światło słoneczne.
Pozostaje nam kibicować badaczce w rozwoju nowej technologii. Możliwe, że za kilka lat usłyszymy o sposobie na produkcję wodoru przy użyciu światła słonecznego na masową skalę.
Źródło: promocja.wat.edu.pl, naukawpolsce.pl
