Gjethja artificiale mund të prodhojë hidrogjen nga ajri e dielli

Teknologjia e bazuar në gjysmëpërçues është e shkallëzueshme dhe e thjeshtë për t’u krijuar. Një pajisje që ka potencialin të mbledhë ujë nga ajri dhe të ofrojë karburant hidrogjeni – plotësisht i mundësuar nga energjia diellore – ka qenë një qëllim i madh për shkencëtarët për disa vite.

Aktualisht, inxhinieri kimik i EPFL Kevin Sivula dhe ekipi i tij kanë bërë një hap të konsiderueshëm drejt afrimit të këtij vizioni me realitetin.

Studiuesit kanë dalë me një sistem të zgjuar por të lehtë që integron teknologjinë e bazuar në gjysmëpërçues së bashku me elektroda të reja që kanë dy karakteristika kryesore: ato janë poroze për të optimizuar kontaktin me ujin e pranishëm në ajër dhe transparente për të optimizuar ekspozimin ndaj dritës së diellit të veshjes gjysmëpërçuese.

Kur pajisja ekspozohet ndaj rrezeve të diellit, ajo merr ujë nga atmosfera dhe prodhon gaz hidrogjeni. Rezultatet e studimit raportohen në revistën Advanced Materials më 4 janar 2023.

Elektrodat e reja të difuzionit të gazit të ekipit janë poroze, transparente dhe përçuese, duke lejuar kështu këtë teknologji me energji diellore të konvertojë ujin – në gjendjen e tij të gazit nga ajri – në karburant hidrogjeni.

Solar-Powered Artificial Leaf Harvests Water from Air for Conversion into Hydrogen Fuel

Frymëzimi nga gjethet e një bime

Në studimin e tyre të kryer për lëndët djegëse fosile të rinovueshme, inxhinierët e EPFL, në bashkëpunim me Toyota Motor Europe, morën frymëzim nga mënyra se si bimët shfaqin potencialin për të transformuar dritën e diellit në energji kimike me ndihmën e dioksidit të karbonit nga ajri.

Një bimë do të mbledhë ujë dhe dioksid karboni nga mjedisi i saj dhe me nxitjen shtesë të energjisë së çliruar nga rrezet e diellit, ajo mund të shndërrojë molekula të tilla në niseshte dhe sheqerna, një proces i quajtur fotosintezë. Energjia e dritës së diellit është ruajtur në formën e lidhjeve kimike brenda niseshtës dhe sheqernave.

Elektrodat e reja të difuzionit transparent të gazit të sapozhvilluara nga Sivula së bashku me grupin e tij, ndërsa i nënshtrohen veshjes me një material gjysmëpërçues që mbledh dritë, në të vërtetë shërbejnë si një gjethe artificiale. Kjo ndihmon në mbledhjen e ujit nga rrezet e diellit dhe ajri për të prodhuar gaz hidrogjeni. Energjia e dritës së diellit është ruajtur në formën e lidhjeve hidrogjenore.

Në vend që të ndërtohen elektroda me shtresa konvencionale që janë të paqarta për rrezet e diellit, nënshtresa e tyre është zakonisht një rrjetë 3-dimensionale e fibrave të qelqit të ndjerë.

Nga uji i lëngshëm te lagështia në ajër

Më parë, Sivula dhe ekipe të tjera kërkimore janë siguruar që është e mundur të ekzekutohet fotosinteza artificiale duke prodhuar karburant hidrogjen nga uji i lëngshëm dhe rrezet e diellit duke përdorur një pajisje të njohur si një qelizë fotoelektrokimike (PEC).

Normalisht, një qelizë PEC quhet një pajisje që përdor dritën rënëse për të stimuluar një material fotosensiv, të ngjashëm me një gjysmëpërçues, të zhytur në një zgjidhje të lëngshme për të krijuar një reaksion kimik. Megjithatë, për arsye praktike, ky proces ka të metat e veta, për shembull, është e vështirë të bëhen pajisje PEC me sipërfaqe të madhe që përdorin lëng.

Sivula kishte dëshirën të tregonte se teknologjia PEC mund të përshtatej për mbledhjen e lagështisë nga ajri, duke rezultuar në zhvillimin e elektrodës së tyre të re të difuzionit të gazit.

Qelizat elektrokimike (për shembull, qelizat e karburantit) janë shfaqur tashmë për të punuar me gaze dhe jo me lëngje. Megjithatë, elektrodat e difuzionit të gazit të përdorura më parë janë të errëta dhe të papajtueshme me teknologjinë PEC me energji diellore.

Aktualisht, shkencëtarët po përqendrojnë masat e tyre në përmirësimin e sistemit. Cila dihet se është madhësia ideale e fibrave? Madhësia ideale e poreve? Gjysmëpërçuesit dhe materialet e membranës perfekte?

Këto janë pyetje që po gjurmohen në Projektin e BE-së “Sun-to-X”, i cili i kushtohet përparimit të kësaj teknologjie dhe gjetjes së mjeteve të reja për të transformuar hidrogjenin në lëndë djegëse të lëngshme.

Burimi: Azo Materials