211service.com
Billigt väte
Nanoptek , en startup baserad i Maynard, MA, har utvecklat ett nytt sätt att göra väte från vatten med hjälp av solenergi. Företaget säger att dess process är tillräckligt billig för att konkurrera med de billigaste metoderna som används nu, som tar bort väte från naturgas, och den har ytterligare fördelen att den inte släpper ut någon koldioxid.
Solgaser: Ett paraboliskt tråg kan fokusera solljus på nanostrukturerad titanoxid, vilket förbättrar effektiviteten hos ett nytt system för att generera väte genom att klyva vatten.
Nanoptek, som har utvecklat den nya tekniken delvis med bidrag från NASA och Department of Energy (DOE), avslutade nyligen sin första riskkapitalrunda och samlade in 4,7 miljoner dollar som det kommer att använda för att installera sin första pilotanläggning. Tekniken använder titandioxid, ett billigt och rikligt material, för att fånga energi från solljus. Den absorberade energin frigör elektroner, som delar vatten för att göra väte. Andra forskare har använt titanoxid för att klyva vatten tidigare, men Nanoptek-forskare hittade ett sätt att modifiera titanium för att absorbera mer solljus, vilket gör processen mycket billigare och mer effektiv, säger John Guerra, företagets grundare och VD.
Forskare har vetat sedan 1970-talet att titan kan katalysera reaktioner som delar vatten. Men medan titan är ett bra material eftersom det är billigt och inte bryts ned i vatten, absorberar det bara ultraviolett ljus, vilket representerar en liten del av energin i solljus. Andra forskare har försökt öka mängden solljus som absorberas genom att para ihop titanoxid med färgämnen eller dopämnen, men färgämnen är inte alls lika hållbara som titanoxid, och dopämnen har inte producerat effektiva system, säger John Turner, som utvecklar teknik för vätegenerering på Nationella laboratoriet för förnybar energi (NREL), i Golden, CO.
Nanopteks tillvägagångssätt använder sig av insikter från halvledarindustrin för att få titan att absorbera mer solljus. Guerra säger att spåntillverkarna länge har vetat att om man spänner ett material så att dess atomer trycks ihop något eller dras isär, förändras materialets elektroniska egenskaper. Han fann att avsättning av en beläggning av titandioxid på kupolliknande nanostrukturer gjorde att atomerna drogs isär. När man drar isär atomerna krävs mindre energi för att slå ut elektronerna ur bana, säger han. Det betyder att du kan använda ljus med lägre energi – vilket betyder synligt ljus snarare än bara ultraviolett ljus.
Påfrestningen på atomerna påverkar också hur elektroner rör sig genom materialet. För mycket påkänning, och elektronerna tenderar att återabsorberas av materialet innan de delar vatten. Guerra säger att företaget har varit tvungen att hitta en balans mellan att absorbera mer solljus och att låta elektronerna röra sig fritt ut ur materialet. Nanoptek har också utvecklat billigare sätt att tillverka de nanostrukturerade materialen. Till en början använde företaget DVD-tillverkningsprocesser, men det har sedan dess gått vidare till en fortfarande billigare egenutvecklad process.
NRELs John Turner säger att Nanopteks process är mycket, mycket lovande. Och Harriet Kung, tillförordnad direktör för DOE:s kontor för grundläggande energivetenskaper, som har finansierat Nanopteks arbete, säger att ansträngd titaniumansats är ett av de stora spännande framstegen sedan titanium först upptäcktes vara en fotokatalysator på 1970-talet.
Om det fungerar som förväntat kan tekniken hjälpa till att lösa ett av de grundläggande problemen med att använda väte som bränsle. Väte är attraktivt eftersom det är lätt, och förbränning av det producerar bara vatten. Men idag tillverkas det mesta av väte av naturgas, en process som frigör avsevärda mängder koldioxid. Det andra huvudalternativet är elektrolys. Men även om den drivs av ren energi, såsom el från solceller, är elektrolys ineffektiv och dyr. Guerra säger att användningen av ansträngd titanoxid och Nanopteks billiga tillverkningsprocess gör processen billig och tillräckligt effektiv för att konkurrera med processer som skapar väte från naturgas. Dessutom, säger Guerra, kan Nanoptek-tekniken placeras närmare kunderna än storskaliga naturgasprocesser, vilket avsevärt kan minska transportkostnaderna och därigenom bidra till att göra tekniken attraktiv. Och om koldioxidutsläpp i framtiden beskattas eller regleras, är Nanopteks koldioxidfria tillvägagångssätt en annan fördel.
Turner säger att förutom att tillverka väte för bränslecellsfordon kan Nanopteks process – om den verkligen är effektiv och billig, som företaget hävdar – också vara viktig för storskalig solel. Om solenergi någonsin ska vara en dominerande kraftkälla, kommer det att vara viktigt att hitta sätt att lagra energin för nattbruk. Och väte, säger han, kan vara ett bra sätt att lagra det.