Forrás: spektrum.ieee.org
A napelemek világszerte szaporodnak a háztetőkön és a kertekben, miközben a közösségek ragaszkodnak a megújuló villamos energiához. De a belga mérnökök szerint a panelek többet tehetnek, mint a lámpák bekapcsolását - a helyszínen hidrogéngázt is előállíthatnak, lehetővé téve a családok számára, hogy a széndioxid-lábnyom bővítése nélkül fűthessék otthonukat.
Egy csapat itt:Katholieke Universiteit Leuvenvagy KU Leuven,azt mondja, hogy kialakultegy napelem, amely a napfényt közvetlenül hidrogénné alakítja a levegőben lévő nedvesség felhasználásával. A prototípus felveszi a vízgőzt, és hidrogén- és oxigénmolekulákra osztja. Sikeres skálázása esetén a technológia segíthet a hidrogéngazdaság előtt álló fő kihívás kezelésében.
A hidrogén, a fosszilis tüzelőanyagokkal ellentétben, nem termel üvegházhatású gázkibocsátást vagy levegőszennyezést, ha üzemanyagcellás járművekben vagy épületekben használják. Mégis szinte az összes ma előállított hidrogént egyipari folyamatez magában foglalja a földgázt, és ez végül több kibocsátást pumpál a légkörbe.
Kis, de egyre növekvő számú létesítmény elektrolízissel állít elő „zöld” hidrogént, amely a vízmolekulákat villamos energia felhasználásával hasítja fel - ideális esetben megújuló forrásokból, például szélből vagy napból. Más kutatók, köztük a belgiumi csapat, fejlesztik az úgynevezett közvetlen napelemes vízmegosztási technológiákat. Ezek kémiai és biológiai komponenseket használnak a víz közvetlenül a napelemre történő elosztására, ami miatt nagy, drága elektrolízis üzemekre van szükség.
"Találni egy módszert a hidrogén létrehozására valamilyen könnyebb vagy hatékonyabb módon talán egy Szent Grál küldetés" - mondjaJim Fenton, aki irányítja aFloridai napenergia központa Közép-Florida Egyetemen.
KU Leuvenegy füves egyetemen ül Flandriában, Belgium holland nyelvű északi régiójában. A hónap elején professzorJohan Martensés csapata aFelületi Kémiai és Katalízis Központbejelentette, hogy prototípusuk egy teljes év alatt átlagosan napi 250 liter hidrogént képes előállítani, ami állításuk szerint világrekord. Egy jól szigetelt belga házban élő család körülbelül 20 ilyen panelt használhat fel energia- és fűtési igényeinek kielégítésére egy egész év alatt - jósolják.
A napelem mérete 1,65 méter hosszú - nagyjából egy konyhai hűtőszekrény vagy ennek a riporternek a magassága -, névleges teljesítménye körülbelül 210 watt. A rendszer szerint a kapott napenergia 15 százalékát hidrogénné alakíthatja - állítja a csapat. Ez jelentős ugrás a 0,1 százalékos hatékonysághoz képest, amelyet először 10 évvel ezelőtt értek el. (Különösen a nemzetközi kutatók tavalyazt mondta, elérték19 százalékos hatékonyság a közvetlen napelemes vízfelosztásból származó hidrogén előállításában
Martens laboratóriumában azonban szűkszavú volt a technológia.Tom Bosserezposztdoktori kutató a szellemi tulajdonra vonatkozó aggályokra hivatkozva nem volt hajlandó részleteket közölni. Csak annyit mond, hogy a laboratórium a „katalizátorokra, membránokra és adszorbensekre” szakosodott.
"Ezen a területen szerzett szakértelmünk felhasználásával olyan rendszert tudtunk kifejleszteni, amely nagyon hatékonyan veszi fel a vizet a levegőből és hidrogénre osztja a napenergia felhasználásával" - írta Bosserez e-mailben. Arra a kérdésre, hogy milyen mérnöki kihívásokkal kellett szembenéznie a fejlesztés egy évtizede során, azt mondja: „A legnehezebb az, hogy a vizet kiszedjük a levegőből.
Az akadémiai cikkek szétszórt nyomokat kínálnak a technológiáról, bár Bosserez szerint kutatásuk "túlmutat azon, amit publikálunk". Az elmúlt években a mérnökök különféle anyagok hatékonyságát tanulmányozták, beleértve a porózus, többszörös csatlakozásokat isszilícium napelemek„mikrométeres skála pórusméretekkel”;vékonyréteg-katalizátorokmangán (III) -oxidból készült; és poli (vinil-alkohol)anioncserélő membránkálium-hidroxid-oldattal és nikkel-alapú katalizátorokkal.
Martens szerint általában csapata „olcsó alapanyagokat” használ a nemesfémek és más drága alkatrészek helyett. "Olyan fenntartható dolgot akartunk megtervezni, amely megfizethető és gyakorlatilag bárhol használható"- mondta a VRT-nek, nyilvános műsorszolgáltató hálózat Belgiumban.
A kutatók azt tervezik, hogy Oud-Heverlee falusi házban tesztelik prototípusukat. A hidrogént a nyári hónapokban egy kis, földalatti nyomástartó edényben tárolják, majd télen az egész házban szivattyúzzák. Ha minden a tervek szerint alakul, Martens szerint a csapat 20 panelt telepíthet a házhoz, vagy felépíthet egy nagyobb környezeti rendszert, hogy más családok is használhassák a „zöld” hidrogént.
Fenton, a floridai Napenergia Központ szerint korai meghatározni, hogy a hidrogéntermelő napelemek gazdaságilag életképesek-e. A technológia még nagyon korai fejlesztési szakaszban van, és - különösen az Egyesült Államokban - a meglévő fűtőanyagok, például a földgáz viszonylag olcsóak. Mivel azonban az országok az éghajlatváltozás kezelésén dolgoznak, és ahogy egyre több közösség telepíti a helyi megújuló energia infrastruktúrát, például a tetőtéri napenergiát, potenciális szerepet lát ezekben a hidrogénrendszerekben.
"Ha az alkalmazás beválik, nagyon jól alkalmazható hidrogén termelésére, amelyet tárolhatok és felhasználhatok a házam fűtésére, főzésre, esetleg az üzemanyagcellás autómban működtethetem" - mondja Fenton. - Ezek a futurisztikus lehetőségek. De erre még mindig fel kell készülnünk. ”
