Απλά προσθέστε νερό:Πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν πυρίτιο για να παράγουν υδρογόνο κατόπιν ζήτησης
Το υδρογόνο είναι ένα καθαρό, ανανεώσιμο καύσιμο που έχει τη δυνατότητα να τροφοδοτήσει τα σπίτια και τις επιχειρήσεις μας και να μας βοηθήσει να μειώσουμε την εξάρτησή μας από τα ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, η παραγωγή υδρογόνου μπορεί να είναι μια πρόκληση, ειδικά με τρόπο που είναι οικονομικά αποδοτικό και βιώσιμο.
Μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση στην παραγωγή υδρογόνου είναι μέσω της χρήσης πυριτίου. Το πυρίτιο είναι ένα υλικό ημιαγωγού που είναι άφθονο στην κρούστα της γης. Όταν εκτίθεται σε νερό, το πυρίτιο μπορεί να παράγει αέριο υδρογόνου μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται διάσπαση νερού φωτοηλεκτροχημικού (PEC).
Στη διάσπαση του νερού PEC, η φωτεινή ενέργεια απορροφάται από τον ημιαγωγό πυριτίου, ο οποίος δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το ρεύμα οδηγεί τη διάσπαση των μορίων νερού σε υδρογόνο και αέριο οξυγόνου.
Η αποτελεσματικότητα της διάσπασης του νερού PEC εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένου του τύπου που χρησιμοποιείται, της πηγής φωτός και του σχεδιασμού των κυττάρων. Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν σημειώσει σημαντική πρόοδο στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας αυτής της διαδικασίας τα τελευταία χρόνια.
Το 2017, μια ομάδα ερευνητών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) ανέφερε ένα νέο είδος φωτοηλεκτροδίου πυριτίου που πέτυχε μια απόδοση μετατροπής ηλιακού προς υδρογόνο 12,4%. Αυτή είναι η υψηλότερη απόδοση που αναφέρθηκε ποτέ για ένα σύστημα διαίρεσης νερού με βάση το πυρίτιο.
Οι ερευνητές της Caltech χρησιμοποίησαν έναν ειδικό τύπο πυριτίου που ονομάζεται Black Silicon, το οποίο έχει μια τραχιά επιφάνεια που βοηθά στην απορρόφηση περισσότερου φωτός. Χρησιμοποίησαν επίσης μια συμπυκνωμένη πηγή φωτός και ένα ειδικά σχεδιασμένο κύτταρο για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας.
Η ανάπτυξη αυτού του νέου τύπου φωτοηλεκτροδίου πυριτίου είναι ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην αναζήτηση για οικονομικά αποδοτική και βιώσιμη παραγωγή υδρογόνου. Με τη συνεχιζόμενη έρευνα και ανάπτυξη, η διάσπαση του νερού PEC θα μπορούσε μια μέρα να γίνει μια σημαντική πηγή καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας.
Οφέλη από τη χρήση πυρίτιο για παραγωγή υδρογόνου
Υπάρχουν πολλά οφέλη για τη χρήση πυρίτιο για παραγωγή υδρογόνου, όπως:
* αφθονία: Το πυρίτιο είναι το δεύτερο πιο άφθονο στοιχείο στο φλοιό της γης, μετά το οξυγόνο. Αυτό σημαίνει ότι είναι ένα άμεσα διαθέσιμο και φθηνό υλικό.
* σταθερότητα: Το πυρίτιο είναι ένα πολύ σταθερό υλικό, το οποίο το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε σκληρά περιβάλλοντα.
* Μη τοξικό: Το πυρίτιο είναι μη τοξικό, πράγμα που σημαίνει ότι δεν δημιουργεί κίνδυνο για την υγεία για τον άνθρωπο ή το περιβάλλον.
* υψηλή απόδοση: Τα συστήματα διαίρεσης νερού PEC με βάση το πυρίτιο μπορούν να επιτύχουν υψηλή αποτελεσματικότητα, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να παράγουν πολύ υδρογόνο με μικρή ποσότητα ενέργειας.
Προκλήσεις χρήσης πυριτίου για παραγωγή υδρογόνου
Υπάρχουν επίσης ορισμένες προκλήσεις που σχετίζονται με τη χρήση πυριτίου για παραγωγή υδρογόνου, όπως:
* Υψηλό κόστος: Το πυρίτιο είναι ένα σχετικά ακριβό υλικό, το οποίο μπορεί να δυσχεράνει την παραγωγή υδρογόνου σε μεγάλη κλίμακα.
* Περιορισμένη απορρόφηση φωτός: Το πυρίτιο δεν απορροφά πολύ καλά το φως, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να είναι δύσκολο να δημιουργηθεί αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για να οδηγήσει τη διαδικασία διαίρεσης του νερού.
* διάβρωση: Το πυρίτιο μπορεί να διαβρωθεί παρουσία νερού, το οποίο μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα και τη διάρκεια ζωής των συστημάτων διαίρεσης νερού PEC.
Οδηγίες έρευνας
Οι ερευνητές εργάζονται για να ξεπεράσουν τις προκλήσεις που συνδέονται με τη χρήση πυρίτιο για την παραγωγή υδρογόνου. Μερικές από τις πιο ελπιδοφόρες ερευνητικές οδηγίες περιλαμβάνουν:
* Ανάπτυξη νέων τύπων υλικών πυριτίου που είναι πιο αποτελεσματικά στην απορρόφηση του φωτός και λιγότερο ευαίσθητα στη διάβρωση.
* Βελτίωση του σχεδιασμού των κυττάρων για την αύξηση της αποτελεσματικότητας της διαδικασίας διαίρεσης νερού.
* Μείωση του κόστους των συστημάτων διαίρεσης νερού με βάση το πυρίτιο.
Με τη συνεχιζόμενη έρευνα και ανάπτυξη, η διάσπαση νερού PEC με βάση το πυρίτιο θα μπορούσε μια μέρα να γίνει μια σημαντική πηγή καθαρής, ανανεώσιμης ενέργειας.
