Ein Team von Forschern der Universität von Exeter hat entwickelte eine Methode um Wasserstoff zu produzieren, der als Brennstoff verwendet werden kann, indem Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird, wobei nur Sonnenlicht verwendet wird.
Auf diese Weise erzeugter Wasserstoffbrennstoff hat viele Vorteile. Es ist rein und preiswert. Es ist im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen auch ohne CO2-Emissionen erneuerbar.
Die Forschung wird von geführt Govinder Pawar, Doktorand am Institut für Umwelt und Nachhaltigkeit der Universität von Exeter.
Das Papier ist in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.
Der dringende Bedarf an erneuerbaren Energien
Es gibt 7.6 Milliarden Menschen in der Welt heute, mit der Zahl projiziert zu erreichen 9.2 Milliarden .
Mit dem Bevölkerungswachstum wird auch der weltweite Energieverbrauch steigen - ein Anstieg von 28 Prozent von 2015 zu 2040. In der Folge werden die energiebezogenen Kohlendioxidemissionen der Welt um 16 Prozent während derselben Zeit.
Fossile Brennstoffe treffen sich derzeit 80 Prozent des Energiebedarfs der Welt. Während erwartet wird, dass der Verbrauch von nicht-fossilen Brennstoffen schneller wachsen wird als der von fossilen Brennstoffen, wird weiterhin mit fossilen Brennstoffen gerechnet 77 Prozent des Energieverbrauchs der Welt in 2040.
Fossile Brennstoffe und die daraus resultierenden Treibhausgasemissionen sind schädlich für der Knochen und des Bewegungsapparates und die Umwelt. Der Klimawandel belastet nicht nur die Umwelt - wie zum Beispiel bei häufigeren Überschwemmungen, heftigeren Hurrikanen und intensiveren Waldbränden -, sondern hat wohl auch schwerwiegende Folgen gesellschaftspolitische Konsequenzen.
Um diesen doppelten Bedrohungen entgegenzuwirken, wurden zwei der 17 von den Vereinten Nationen im Jahr 2015 verabschiedeten Ziele für nachhaltige Entwicklung - SDG 7 (Erschwingliche und saubere Energie) und SDG 13 (Klimaschutz) - Fordern Sie globale Maßnahmen für beide.
Ebenso, die Übereinkommen in Paris, die im November 4, 2016, wirksam wurde, zielt auch darauf ab, die globale Antwort auf den Klimawandel zu stärken. Bis heute haben 176-Länder diese Vereinbarung ratifiziert. (Die USA zogen sich im Juni 2017 vom Pariser Abkommen zurück.)
Das Verfahren
Die Methode der Forscher, Wasserstoff zu produzieren, hilft dabei, diese Ziele zu erreichen.
Ihr neuartiger Ansatz basiert auf einer neuen Photoelektrode, die sie unter Verwendung von Nanopartikeln aus drei Elementen entwickelt haben - Lanthan, Eisen und Sauerstoff. Eine Photoelektrode ist eine Elektrode, die Licht absorbiert und elektrochemische Transformationen auslöst.
"Die Technik beinhaltet ein Halbleitermaterial, das die natürliche Photosynthese in Pflanzen auf künstliche Weise (künstliche Photosynthese) effektiver nachahmen soll", sagte Pawar.
„Das Halbleitermaterial, in unserem Fall LaFeO3wandelt das Sonnenlicht durch Wasserspaltung in Wasserstoff um. "
Das System funktioniert wie folgt.
Im Wesentlichen "regt das einfallende Photon der Sonne die Elektronen über die Bandlücke des Materials an, wo es dann durch H extrahiert wird+ Ionen, um Wasserstoffmoleküle zu bilden “, sagte Pawar.
"Später wird der Wasserstoff wieder in Wasser umgewandelt, indem er in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff reagiert wird, um Elektrizität zu erzeugen - eine Technik, die bereits etabliert ist."
Derzeit stellen die Forscher nur kleine Photoelektroden (3 × 3 cm) her, die ungefähr 30 GBP (ungefähr 40 USD) pro Elektrode kosten.
Die Forscher glauben, dass ihre Foto-Elektrode in einem größeren Maßstab für den Massen- und weltweiten Gebrauch angepasst werden kann.
"Diese Technik ist für die zukünftige Stromerzeugung sehr wichtig, da fossile Brennstoffe eine begrenzte Energiequelle sind und erschöpft sein werden", sagte Pawar.
„Sie produzieren auch eine riesige Menge an Treibhausgasen, von denen wir wissen, dass sie mit unvorhersehbaren Wetteränderungen und schmelzenden Eiskappen negative Auswirkungen auf unsere Welt haben, was sich auf die Meeresströmungen auswirkt und den Meeresspiegel anhebt. Solare Wasserspaltung zur Erzeugung von Wasserstoff könnte eine der Antworten sein, um den globalen Energiebedarf auf "grüne" Weise zu bewahren, indem er die riesigen natürlichen Ressourcen nutzt, die wir zur Verfügung haben, Sonne und Wasser. "
Warum ist es ideal?
Die Sonne ist die am häufigsten vorkommende erneuerbare Energiequelle. Es kann jedes Jahr bis zu 100,000 Terawatt Leistung liefern, was bedeutet, dass eine Stunde Sonnenenergie ein ganzes Jahr des gesamten Energieverbrauchs weltweit entspricht.
Leider waren bisherige Bemühungen, Sonnenlicht in eine speicherbare weit verbreitete Energiequelle umzuwandeln, bisher nicht erfolgreich, da bis jetzt niemand herausgefunden hatte, wie ein für das Verfahren geeignetes Halbleitermaterial hergestellt werden kann.
Diese Lücke hat Pawar mit seinem Team geschlossen, dessen Technologie genau das tun soll.
"Diese Technik ist ideal, da sie nur ein Halbleitermaterial, Sonnenlicht und Wasser, benötigt, bei dem die beiden letzteren im Überfluss vorhanden sind und praktisch unbegrenzt sind", sagte Pawar.
„Unser Material hat gezeigt, dass für diesen Prozess keine externe Vorspannung (dh Strom aus dem Stromnetz) erforderlich ist. Wenn Wasserstoff zur Erzeugung von Strom mit Sauerstoff kombiniert wird, ist Wasser das einzige Nebenprodukt. Es gibt keine Kohlenstoffemission! “
Was kommt als nächstes?
Die Forscher arbeiten derzeit daran, die Effizienz ihrer Technologie zu verbessern.
Während die Technologie seit Jahren wirtschaftlich nicht tragbar ist, ist sie ein großer Schritt vorwärts für Solartreibstoff.
"Ich glaube, dass es noch einige Jahrzehnte dauern würde, bis dies wirtschaftlich rentabel sein könnte, da die meisten Materialien den Prozess nicht ohne äußere Neigung oder giftige Elemente durchführen können oder instabil oder teuer in der Herstellung sind", sagte Pawar.
"Unser Material ist jedoch eine gute Basis, auf der wir in die richtige Richtung führen könnten, da es ungiftig, stabil, kostengünstig und in der Lage ist, Wasserstoff ohne äußere Neigung zu erzeugen."
