Japon Bilim İnsanları, Güneş Işığını Kullanarak Suyu Hidrojen Yakıtına Dönüştüren Yeni Bir Yöntem Geliştirdi.

Japon bilim insanları, güneş ışığı kullanarak suyu hidrojen yakıtına dönüştürmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Özel bir fotokatalizör kullanan bu yeni teknoloji, çeşitli uygulamalar için daha ucuz, daha bol ve sürdürülebilir hidrojen yakıtının ortaya çıkmasına yardımcı olabilir.

Şu anda serbest hidrojenin çoğu doğal gaz hammaddelerinden elde ediliyor, yani bu daha çevreci seçenek için fosil yakıtlardan uzaklaşmak bir seçenek değil. Ancak, güneş ışığıyla çalışan ve kolayca üretilen bu yöntem, hidrojenin gelecekte bir alternatif haline gelmesi için çok önemli olabilir.

Frontiers in Science'daki makalenin kıdemli yazarı Shinshu Üniversitesi'nden Prof Kazunari Domen, “Fotokatalizörler kullanılarak güneş ışığıyla çalışan su ayrıştırma, güneşten kimyasal enerjiye dönüşüm ve depolama için ideal bir teknolojidir ve fotokatalitik malzemeler ve sistemlerdeki son gelişmeler bunun gerçekleşmesi için umutları artırmaktadır” dedi.

Yeni sürecin arkasındaki temel prensip suyu oksijen ve hidrojene ayırmaktır. Kulağa basit gelse de, bu enerji yoğun bir işlemdir ve bir katalizöre, bu durumda fotokatalizör adı verilen özel bir katalizöre ihtiyaç duyar.

Bu katalizörler ışığa maruz kaldıklarında suyu bileşenlerine ayıran kimyasal reaksiyonları kolaylaştırırlar. Bu kavram yeni değildir, ancak mevcut “tek adımlı” olarak adlandırılanların çoğu verimsizdir ve güneşten hidrojene enerji dönüşüm oranı yetersizdir.

Daha sofistike bir başka iki aşamalı uyarma sistemi de mevcuttur ve daha verimlidir. Bu sistemlerde, bir fotokatalizör sudan hidrojen üretirken, diğeri oksijen üretir.

Japon ekip bu ikinci “iki aşamalı” su kırma sürecini seçti. Çalışmanın bir diğer yazarı olan Shinshu Üniversitesi'nden Dr. Takashi Hisatomi, “Güneş enerjisi dönüşüm teknolojisi gece veya kötü hava koşullarında çalışamaz” dedi.

“Ancak güneş ışığının enerjisini yakıt malzemelerinin kimyasal enerjisi olarak depolayarak, [bu enerjiyi] her zaman ve her yerde kullanmak mümkün” diye ekledi.

Domen ve Hisatomi'nin ekibi 1.076 ft2'lik (100 m2) bir reaktörü üç yıl boyunca çalıştırarak başarılı bir kavram kanıtı üretti. Bu reaktör gerçek güneş ışığında bile laboratuvar koşullarından daha iyi performans gösterdi.

Hisatomi, “Ultraviyole duyarlı bir fotokatalizör kullanan sistemimizde, güneş enerjisi dönüşüm verimliliği doğal güneş ışığı altında yaklaşık bir buçuk kat daha yüksekti” dedi.

“Simüle edilmiş standart güneş ışığı, biraz yüksek enlem bölgesinden bir spektrum kullanır. Doğal güneş ışığının simüle edilmiş referans güneş ışığından daha fazla kısa dalga boylu bileşene sahip olduğu bölgelerde güneş enerjisi dönüşüm verimliliği daha yüksek olabilir. Ancak şu anda simüle edilmiş standart güneş ışığı altındaki verimlilik en iyi ihtimalle %1'dir ve doğal güneş ışığı altında %5 verimliliğe ulaşamayacaktır.”

Ekip, teknolojiyi ileriye taşımak ve %5 bariyerini aşmak için daha fazla araştırmacının daha verimli fotokatalizörler geliştirmesi ve daha büyük deneysel reaktörler inşa etmesi gerektiğini söylüyor.

Domen, “Geliştirilmesi gereken en önemli husus, fotokatalizörler tarafından güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüştürülmesinin verimliliğidir” dedi.

“Bu verim pratik bir düzeye çıkarılırsa, pek çok araştırmacı seri üretim teknolojisi, gaz ayrıştırma süreçleri ve büyük ölçekli tesis inşası geliştirmek için ciddi bir şekilde çalışacaktır. Bu aynı zamanda politika yapıcılar da dahil olmak üzere birçok insanın güneş enerjisi dönüşümü hakkındaki düşüncelerini değiştirecek ve güneş yakıtlarıyla ilgili altyapı, yasa ve yönetmeliklerin geliştirilmesini hızlandıracaktır.”