Iškastinio kuro pabaiga? „800 % efektyvumas!“ Parodė, kaip pagaminti tobulą kurą ()
Įsivaizduokite pasaulį, kuriame saulės šviesa ne tik tiekia mums „švarią elektros energiją“ iš fotovoltinių elementų, bet ir tampa švaraus, keičiamo kuro gamybos pagrindu. Švedijos Linšiopingo universiteto laboratorijose mokslininkai artėja prie šios realybės.
© geralt (Free Pixabay license) | https://pixabay.com/illustrations/chemistry-molecules-h2-hydrogen-6998952/
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Nuo lengvųjų automobilių iki sunkvežimių ir lėktuvų – kiekviena transporto rūšis turi skirtingus energijos poreikius. Baterijos puikiai tinka automobiliams, tačiau jos negali gabenti krovinių dideliais atstumais ar būti naudojamos aviacijoje. Ši nauja medžiaga būtent šią spragą sprendžia, paversdama saulės šviesą vandeniliu. Tačiau už šio proveržio slypi sudėtingesnė istorija. Kas lemia šios sluoksniuotos struktūros veikimą? Ir kodėl 10 % efektyvumo tikslas yra toks svarbus?
Naujausias mokslininkų pasiekimas – trijų sluoksnių fotokatalizinė medžiaga, kuri, palyginti su ankstesnėmis technologijomis, padidina vandenilio gamybos iš saulės šviesos efektyvumą ne keliais procentais, o net 800 %. Toks dramatiškas padidėjimas yra ne tik ateities pranašas, bet ir svarbiausia, kelia svarbių klausimų: ar realu, kad ši technologija galėtų pakeisti visą transportą? Ir kokias kliūtis dar reikia įveikti, kad jos potencialas taptų pasauliniu poveikiu?
Inovacija pagrįsta trimis specialiai sukurtais sluoksniais: silicio karbidu (3C-SiC), kobalto oksidu (Co₃O₄) ir nikelio hidroksido katalizatoriumi (Ni(OH)₂). Kiekvienas iš jų atlieka specifinę funkciją:
- 3C-SiC sugeria šviesą ir generuoja cheminėms reakcijoms reikalingus elektros krūvius.
- Co₃O₄ sukuria vidinius elektrinius laukus, kurie atskiria teigiamus ir neigiamus krūvius, sumažindami jų rekombinaciją.
- Ni(OH)₂ pagreitina vandens skaidymo reakciją, sumažindamas jo energijos slenkstį.
|
Vadinamoji dviguba fazinė riba, esanti tarp 3C-SiC ir Co₃O₄ bei tarp Co₃O₄ ir Ni(OH)₂, sukelia krūvio atskyrimą atominiame lygmenyje. Rezultatas? Aštuonis kartus daugiau vandenilio, palyginti su grynu 3C-SiC. Verta pabrėžti, kad dabartinės šviesos pagrindu veikiančios vandens skaidymo medžiagos pasiekia tik 1–3 % saulės energijos konversijos į vandenilį efektyvumą. Kad šis sprendimas būtų komerciškai perspektyvus, jis turi pasiekti bent 10 % efektyvumą. Tai nėra savavališka riba, o pelningumo riba, palyginti su įprastine elektrolize, varoma atsinaujinančiais energijos šaltiniais. Pasak projekto vadovo profesoriaus Jianwu Suno, pasiekti šią ribą gali prireikti dar 5–10 metų.
Kasmet visame pasaulyje pagaminama apie 50 milijonų tonų vandenilio, didžioji dauguma – iš iškastinio kuro, todėl kiekvienai vandenilio tonai išskiriama 10 tonų CO₂. Tai nėra labai gerai „ateities kurui“. Tačiau žaliasis vandenilis, ypač toks, kuris gaminamas skaidant vandenį saulės, o ne naudojant atsinaujinančių šaltinių elektrą, galėtų visiškai panaikinti šiuos išmetimus. Tai labai svarbu, nes sunkiojo transporto sektoriui, įskaitant laivus, lėktuvus ir sunkvežimius, vis dar trūksta perspektyvios alternatyvos iškastiniam kurui. Taip pat verta prisiminti, kad Europos Sąjunga planuoja iki 2035 m. uždrausti naujų benzininių ir dyzelinių automobilių pardavimą.
Nors 800 % efektyvumo padidėjimas yra įspūdingas, mokslininkai prieš komercializuodami tokią medžiagą turi įveikti keletą kliūčių, įskaitant:
- Šiuo metu nanoskalės sluoksnių nusodinimas įmanomas tik mažomis partijomis. Sukurti plokštes, kurių paviršiaus plotas būtų panašus į sunkvežimio degalų baką, yra didžiulis inžinerinis iššūkis.
- Medžiagos turi atlaikyti daugelį metų trunkančius oro ciklų, temperatūros pokyčių ir UV spinduliuotės poveikius neprarasdamos efektyvumo.
- Net jei plokštės pasieks 10 %, bus reikalinga visa infrastruktūra: talpyklos, saugos kontrolė ir pristatymo logistika.
- Vien efektyvumo nepakanka. Svarbios ir gamybos sąnaudos, žemės naudojimas bei palyginimai su kitais atsinaujinančiais energijos šaltiniais.
Nors trijų sluoksnių fotokatalizinė medžiaga yra svarbus žingsnis link žaliojo vandenilio ir turi didelį potencialą pakeisti dyzeliną sunkiosiose transporto priemonėse, mokslininkams ir inžinieriams dar reikia daug nuveikti. Produktas dar nėra paruoštas pardavimui, tačiau tai svarbus etapas siekiant nulinės emisijos pramonės. Jei tempas išliks toks pat, vos po kelerių metų saulės spinduliuotė galėtų maitinti laivus, sunkvežimius ir lėktuvus, paversdama saulę nauju šviesesnės ateities „varikliu“.
