Πηγή Εικόνας: wikimedia commonsΕπιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο υλικό που μετατρέπει το φως του ήλιου και το νερό σε καθαρή ενέργεια. Ο φωτοκαταλύτης που δημιουργήθηκε από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον επιτρέπει την ταχεία και υψηλής απόδοσης παραγωγή υδρογόνου.
Με επικεφαλής τον Κυριάκο Στυλιανού του OSU College of Science, οι ερευνητές παρουσίασαν ένα πιθανό νέο εργαλείο κατά των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και της κλιματικής αλλαγής. Η μελέτη επικεντρώνεται σε κρυσταλλικά, πορώδη υλικά γνωστά ως μεταλλικά οργανικά πλαίσια, που αναφέρονται συνήθως με τη συντόμευση MOFs.
Στη μελέτη, όπως αναφέρει και το Interestingengineering.com οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα MOF για να εξαγάγουν μια ετεροσύνδεση οξειδίου μετάλλου – έναν συνδυασμό δύο υλικών με συμπληρωματικές ιδιότητες – και να φτιάξουν έναν καταλύτη που, όταν εκτίθεται στο ηλιακό φως, διασπά γρήγορα και αποτελεσματικά το νερό σε υδρογόνο.
Η ετεροσύνδεση, την οποία αναφέρουν ως RTTA, διαθέτει οξείδιο του ρουθηνίου και οξείδιο του τιτανίου που προέρχονται από MOF, εμποτισμένα με θείο και άζωτο. Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Όρεγκον, έγιναν δοκιμές πολλαπλών RTTA με διαφορετικές ποσότητες οξειδίων και τελικά βρέθηκε ο νικητής.
«Μεταξύ των διαφόρων υλικών RTTA, το RTTA-1, με τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε οξείδιο του ρουθηνίου, παρουσίασε τον ταχύτερο ρυθμό παραγωγής υδρογόνου και υψηλή κβαντική απόδοση», δήλωσε ο Στυλιανού.
Σε μόλις μία ώρα, σημείωσε, ένα γραμμάριο RTTA-1 ήταν σε θέση να παράγει πάνω από 10.700 μικρογραμμομόρια υδρογόνου. Σύμφωνα με τη μελέτη, κατά τη διαδικασία χρησιμοποιήθηκαν φωτόνια – σωματίδια φωτός – με εντυπωσιακό ρυθμό 10%, που σημαίνει ότι στα 100 φωτόνια που χτύπησαν το RTTA-1, τα 10 συνέβαλαν στην παραγωγή υδρογόνου.
Η παραγωγή υδρογόνου με διάσπαση του νερού μέσω μιας καταλυτικής διαδικασίας θεωρείται καθαρότερη από την παραδοσιακή μέθοδο που περιλαμβάνει φυσικό αέριο και παράγει διοξείδιο του άνθρακα.
Για την ώρα, η παραγωγή υδρογόνου από το νερό περιλαμβάνει ηλεκτροκατάλυση – διοχέτευση ηλεκτρικής ενέργειας μέσω του καταλύτη. Η βιωσιμότητα της ηλεκτροκατάλυσης εξαρτάται από τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και για να είναι ανταγωνιστική στην αγορά, η ενέργεια πρέπει να είναι φθηνή, σύμφωνα με τη μελέτη.
«Το νερό είναι μια ανεξάντλητη πηγή υδρογόνου και η φωτοκατάλυση προσφέρει μια μέθοδο αξιοποίησης της άφθονης ηλιακής ενέργειας για παραγωγή υδρογόνου», ανέφερε ο Στυλιανού. «Το οξείδιο του ρουθηνίου δεν είναι φθηνό, αλλά η ποσότητα που χρησιμοποιείται στον φωτοκαταλύτη μας είναι ελάχιστη. Για βιομηχανικές εφαρμογές, εάν ένας καταλύτης παρουσιάζει καλή σταθερότητα και αναπαραγωγιμότητα, το κόστος αυτής της μικρής ποσότητας οξειδίου του ρουθηνίου γίνεται λιγότερο σημαντικό» πρόσθεσε.
Σήμερα, το «πράσινο» υδρογόνο κοστίζει 5 δολάρια το κιλό, τη στιγμή που το υδρογόνο το οποίο έχει παραχθεί με τον συνηθισμένο που προβλέπει τη χρήση φυσικού αερίου και κοστίζει περίπου 1,50 δολάρια ανά κιλό.
Η φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου προσφέρει μια εναλλακτική οδό για τη δημιουργία μιας βιώσιμης ενεργειακής οικονομίας. Ενώ πολυάριθμα φωτοενεργά υλικά παρουσιάζουν δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου από το νερό, η συνέργεια που επιτυγχάνεται με το συνδυασμό δύο διαφορετικών υλικών με συμπληρωματικές ιδιότητες με τη μορφή ετεροσυνδέσεων μπορεί να ενισχύσει σημαντικά τη φωτοκαταλυτική τους δραστηριότητα.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Angewandte Chemie.
