Przedstawiciele Uniwersytetu Alberty wykorzystali na potrzeby eksperymentów nanodruty, wodę, światło słoneczne i… mocznik. Ten ostatni może być wytwarzany przez ludzki organizm, ale jest też powszechnie wykorzystywany w przemyśle. W grę wchodzi między innymi produkcja nawozów czy kosmetyków. Teraz do listy zastosowań dołączy natomiast produkcja wodoru.
Czytaj też: 100 razy większa moc fuzji jądrowej, a to dopiero początek zalet. Tak może wyglądać świat bez węgla
Ten, w odróżnieniu od konwencjonalnie stosowanych paliw, nie emituje do atmosfery szkodliwych związków, gdy podlega spalaniu. Z drugiej strony, większość stosowanego wodoru jest produkowana przy udziale nieekologicznych procesów. W konsekwencji trudno uznać takie paliwo wodorowe za realną alternatywę – szczególnie, że jak na razie trudno o wydajne, a przede wszystkim atrakcyjne ekonomicznie rozwiązania.
Do zmiany takiego stanu rzeczy dążą kanadyjscy inżynierowie, których ostatnie postępy zostały zaprezentowane na łamach Journal of the American Chemical Society. Najważniejszym aspektem ich działań było doprowadzenie do sytuacji, w której woda jest rozdzielana na wodór i tlen przy udziale światła słonecznego, mocznika i nanodrutów. Jak na razie wyzwaniem będzie natomiast pozostawało skalowanie wdrożonej technologii.
Produkcja wodoru w wariancie opisanym przez kanadyjskich naukowców pozwala na przyspieszenie całego procesu i obniżenie jego kosztów
Jeśli chodzi o obecnie stosowane metody oparte na technologiach fotowoltaicznych, to badacze wykorzystują panele słoneczne do wytwarzania energii, która jest później stosowana na potrzeby elektrolizy wody. Takie podejście do tematu zapewnia pożądany efekt końcowy, ale droga do tego celu stoi pod znakiem niskiej wydajności oraz wysokich kosztów. Jak wygląda to w tym przypadku? Światło słoneczne bezpośrednio bierze udział w rozdzielaniu wody, dzięki czemu można uniknąć marnowania energii oraz obniżyć koszty. Jest to możliwe dzięki wspomnianemu mocznikowi, który członkowie zespołu badawczego przekształcili w azotek węgla w obecności wysokiej temperatury.
Pozyskany w takich okolicznościach związek świetnie radzi sobie z pochłanianiem światła słonecznego, a wchodzące w jego skład elektrony zyskują energię, która po uwolnieniu zostawia dziury. Po dodaniu dwutlenku tytanu tworzy się połączenie z azotkiem węgla, za sprawą którego elektrony wchodzą w reakcję z protonami pochodzącymi z wody. Powstaje gaz wodorowy, podczas gdy dziury reagują z jonami hydroksylowymi – także pochodzącymi z wody – generując tlen.
Czytaj też: Użyli gigantycznej wędki. Wyciągnęli stopione paliwo jądrowe z reaktora w Fukushimie
Za sprawą nanodrutów możliwe jest działanie nawet przy stosunkowo słabym oświetleniu, na przykład w pochmurne dni. Elementy te pozwalają bowiem pochłaniać promieniowanie padające z wielu różnych stron. Powstający wodór dostarcza energii potrzebnej do jego transportu. Unikając wcześniej występujących etapów procesu produkcyjnego Kanadyjczycy sprawili, że w nowym wydaniu jest on szybszy i tańszy. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, to opracowane rozwiązanie zostanie wykorzystane na większą skalę w ciągu najbliższych 3 do 5 lat.