Ajatus perustuu luonnolliseen, mutta monimutkaiseen prosessiin: veden molekyylien erottamiseen hapeksi ja vedeksi fotokatalysoijien avulla. Nämä, valolle altistettuna, käynnistävät kemiallisia reaktioita, jotka vapauttavat vetyä, keskeistä energialähdettä. Kuitenkin nykyiset järjestelmät kamppailevat riittävän tehokkuuden saavuttamiseksi suurissa mittakaavoissa.
Ilmakuva 100 m² toimivasta fotokatalyysijärjestelmästä aurinkohydrogenin tuotantoon. Järjestelmässä käytetään 1 600 paneelireaktoria (kukin 625 cm²), joissa 48 paneelireaktiota on integroitu valmistamaan 3 m² moduuli, ja 33 moduulia ja kolmasosa (33 + 1/3) on yhdistetty muodostamaan järjestelmä. Paneelireaktori on kytketty kaasujen erottelulaitokseen.
Yksityiskohtaisesti kehitetty prototyyppi perustuu fotokatalyyttisten lehtien käyttöön, jotka pystyvät vangitsemaan aurinkoenergiaa veden molekyylien hajottamiseksi. Toisin kuin perinteiset järjestelmät, tämä reaktori hyödyntää kahta vaihetta, niin kutsuttua Z-muotoista rakennetta, joka erottelee tehokkaasti hapen ja vedyn.
Tämä lähestymistapa parantaa paitsi prosessin tehokkuutta, myös vähentää räjähtävien kaasujen, kuten vedylihapon, muodostumiseen liittyviä riskejä. Tämän menetelmän ansiosta tutkijat ovat pystyneet osoittamaan lähes täydellisen energiamuunnoksen ultraviolettivalossa, mikä on tärkeä virstanpylväs fotokatalysoijien optimoinnissa.
Tiimi on suunnitellut 100 m² kokoisen reaktorin, joka pystyy toimimaan ulkona luonnonvalolla, todistaen laajamittaisen käyttöönoton mahdollisuuden. Tämä laite sisältää edistyneitä turvatoimia mahdollisesti vaarallisten sivutuotteiden hallitsemiseksi, samalla kun se mahdollistaa vedyn ja hapen suoran erottamisen. Tämä rakenne lupaa turvallisemman ja kestävämmän ratkaisun vedyn tuotantoon.
Lisäksi valon näkyvään spektriin reagoivien fotokatalysoijien kehittäminen on edelleen prioriteetti, sillä se mahdollistaisi suuremman osan aurinkospektrin hyödyntämisen ja parantaisi edelleen kokonaistehokkuutta.
Professori Kazunari Domenin mukaan tämä edistysaskel voisi muuttaa auringon energian muuntamisen varastoitavaksi kemialliseksi energiaksi, edellyttäen katalysoijien parantamista. Tällä hetkellä niiden tehokkuus on vaikeaa saavuttaa 5 % todellisissa olosuhteissa.
Tutkijat korostavat myös julkisten politiikkojen roolia. Huomattava edistysaskel tässä teknologiassa kannustaisi hallituksia ja yrityksiä investoimaan tämän tyyppisiin infrastruktuureihin ja tarkistamaan aurinkopolttoaineita koskevia sääntöjä.
Tekniikan lisäksi ekologinen potentiaali on valtava. Suurimittaisesti saatavilla oleva puhdas ja uusiutuva polttoaine voisi merkittävästi vähentää riippuvuuttamme fossiilisista polttoaineista, mikä merkitsee ratkaisevaa askelta kohti kestävää energiasiirtymää. Tämä löytö osoittaa, että matka kaupalliseen hyväksyntään on vielä pitkä. Mutta ensimmäiset askeleet ovat lupaavia, ja tiedemiesten sitoutuminen voi avata tien vihreämpään energiatulevaisuuteen.
Mitä fotokatalyysi on ja miksi se on avain vedylle?
Fotokatalyysi on kemiallinen reaktio, jota nopeuttaa valon aktivoiama katalysaattori, usein aurinko. Se on olennaista veden molekyylien hajoamiseksi niiden peruselementeiksi: vedeksi ja hapeksi.Fotokatalysoijat absorboivat valosähköenergiaa, virittäen elektroninsa reaktion aloittamiseksi. Nämä energisoidut elektronit osallistuvat sitten veden kemiallisten sidosten katkaisemiseen.
Puhdasta polttoainetta etsittäessä tämä prosessi mahdollistaa vedyn tuottamisen ilman CO₂-päästöjä. Teoreettinen yksinkertaisuus kuitenkin peittää alleen käytännön ongelmat: se vaatii tehokkaita materiaaleja ja järjestelmiä.