Artificiell fotosyntes tar ett steg framåt

En amerikansk regeringsstödd forskningsinsats har tagit ett viktigt steg mot att efterlikna en växts förmåga att omvandla solljus och vatten till bränsle. Problemet är att forskarna inte har tillräckligt med pengar för att fortsätta arbetet.

De Gemensamt centrum för artificiell fotosyntes (JCAP), ett forskningsprogram skapat av Obama-administrationen 2010, involverar forskare vid flera akademiska laboratorier, ledda av ett team på Caltech. Dessa forskare har visat ett sätt att förlänga livslängden för en lovande typ av solelektrolysator, som använder solljus för att direkt dela vatten för att bilda syre och väte. Vätgasen som produceras kunde lagras och användas för att generera el på natten i kraftverk eller bränslecellsfordon.

JCAP grundades 2010 som en av en handfull U.S. Department of Energy Innovation Hubs, med ett löfte om 122 miljoner dollar över fem år. Nathan Lewis, chefen för centret, hoppas att de senaste framstegen kan övertala kongressen att utöka sin finansiering. Vi är igång nu och hoppas kunna fortsätta, säger han.

Det är möjligt att göra väte med solenergi indirekt genom att använda solpaneler för att driva en konventionell elektrolysator. Men det här är dyrt - en mängd vätgas som motsvarar en gallon bensin skulle kosta $10 till $20. En enhet som kan använda solljus för att dela vatten skulle kunna minska kostnaderna avsevärt; Lewis säger att det resulterande vätet kan kosta så lite som $2 till $4 för en mängd som motsvarar en gallon bensin, även om han säger att det är för tidigt att sätta stor tilltro till sådana uppskattningar.

JCAP-forskarna använde två kommersiellt beprövade tekniker för att skapa sin enhet: elektrolys och solceller av kisel eller kadmium-tellurid. För att minska kostnaderna kombinerade de delar av båda till en enda enhet på ett sätt som gör det mindre komplext och potentiellt mer effektivt. Elektrolysatorer har två elektroder utrustade med katalysatorer som minskar mängden energi som krävs för att klyva vatten. I det nya systemet lade forskare till katalysatorer till solceller, vilket gjorde att de kunde fungera som elektrolyselektroder, vilket minskade antalet delar. De optimerade också katalysatorerna för att fungera med solcellerna.

De alkaliska lösningarna som används i de flesta elektrolysörer kommer vanligtvis att förstöra solceller på några sekunder, men forskarna fann att en typ av nickeloxid kan fungera som en katalysator och även skydda solceller. Katalysatorn hjälper till att frigöra syreatomer från vattenmolekyler och producerar syrgas med energi från solcellerna. I tester lät materialet solcellerna hålla i över 1 000 timmar – inte riktigt länge nog för en kommersiell enhet, men en dramatisk förbättring.

Enheten fungerar som en av de två elektroderna i en elektrolysator. För en praktisk anordning måste vätekatalysatorn förbättras. Vissa effektiva katalysatorer finns, men de fungerar vanligtvis i sura miljöer, inte alkaliska.

Dölj