Πηγή: spectrum.ieee.org
Οι ηλιακοί συλλέκτες πολλαπλασιάζονται στις στέγες και στους κήπους παγκοσμίως καθώς οι κοινότητες απαιτούν ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Αλλά οι μηχανικοί στο Βέλγιο λένε ότι τα πάνελ θα μπορούσαν να κάνουν περισσότερα από το να διατηρήσουν τα φώτα - θα μπορούσαν επίσης να παράγουν αέριο υδρογόνο επί τόπου, επιτρέποντας στις οικογένειες να θερμαίνουν τα σπίτια τους χωρίς να επεκτείνουν τα ίχνη άνθρακα.
Μια ομάδα στοKatholieke Universiteit Leuven, ή KU Leuven,λέει ότι έχει αναπτυχθείένα ηλιακό πάνελ που μετατρέπει το ηλιακό φως απευθείας σε υδρογόνο χρησιμοποιώντας υγρασία στον αέρα. Το πρωτότυπο παίρνει τους υδρατμούς και τον χωρίζει σε μόρια υδρογόνου και οξυγόνου. Εάν κλιμακωθεί επιτυχώς, η τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση μιας μείζονος πρόκλησης που αντιμετωπίζει η οικονομία υδρογόνου.
Το υδρογόνο, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα, δεν παράγει εκπομπές αερίων θερμοκηπίου ή ατμοσφαιρική ρύπανση όταν χρησιμοποιείται σε οχήματα ή κτίρια που λειτουργούν με κυψέλες καυσίμου. Ωστόσο, σχεδόν όλο το υδρογόνο που παράγεται σήμερα παράγεται χρησιμοποιώντας έναβιομηχανική διαδικασίαπου περιλαμβάνει φυσικό αέριο, και αυτό αντλεί τελικά περισσότερες εκπομπές στην ατμόσφαιρα.
Ένας μικρός αλλά αυξανόμενος αριθμός εγκαταστάσεων παράγει «πράσινο» υδρογόνο χρησιμοποιώντας ηλεκτρόλυση, η οποία χωρίζει μόρια νερού χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια - ιδανικά από ανανεώσιμες πηγές όπως αιολική και ηλιακή. Άλλοι ερευνητές, συμπεριλαμβανομένης της ομάδας στο Βέλγιο, αναπτύσσουν αυτό που ονομάζεται άμεση τεχνολογία ηλιακού διαχωρισμού νερού. Αυτά χρησιμοποιούν χημικά και βιολογικά συστατικά για να χωρίσουν νερό απευθείας στο ηλιακό πάνελ, παραλείποντας την ανάγκη για μεγάλες, ακριβές εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης.
«Η εύρεση ενός τρόπου δημιουργίας υδρογόνου με έναν ευκολότερο ή αποδοτικότερο τρόπο είναι ίσως μια αναζήτηση Holy Grail», λέειΤζιμ Φέντον, ποιος διευθύνει τοΚέντρο Ηλιακής Ενέργειας της Φλόρινταστο Πανεπιστήμιο της Κεντρικής Φλόριντα.
KU Leuvenκάθεται σε μια χλοώδη πανεπιστημιούπολη στη Φλάνδρα, την ολλανδόφωνη βόρεια περιοχή του Βελγίου. Νωρίτερα αυτό το μήνα, καθηγητήςΓιόχαν Μάρτενςκαι η ομάδα του στοΚέντρο Χημείας και Κατάλυσης Επιφανείαςανακοίνωσε ότι το πρωτότυπό τους θα μπορούσε να παράγει 250 λίτρα υδρογόνου την ημέρα κατά μέσο όρο για ένα ολόκληρο έτος, το οποίο ισχυρίζονται ότι είναι παγκόσμιο ρεκόρ. Μια οικογένεια που ζει σε ένα καλά μονωμένο σπίτι του Βελγίου θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει περίπου 20 από αυτά τα πάνελ για να καλύψει τις ανάγκες τροφοδοσίας και θέρμανσης για ένα ολόκληρο έτος, προβλέπουν.
Το ηλιακό πάνελ έχει μήκος 1,65 μέτρα - περίπου το ύψος ενός ψυγείου κουζίνας ή αυτού του ρεπόρτερ - και έχει ονομαστική ισχύ εξόδου περίπου 210 watts. Το σύστημα μπορεί να μετατρέψει το 15% της ηλιακής ενέργειας που λαμβάνει σε υδρογόνο, λέει η ομάδα. Αυτό είναι ένα σημαντικό άλμα από την απόδοση 0,1% που πέτυχαν για πρώτη φορά πριν από 10 χρόνια. (Ξεχωριστά, διεθνείς ερευνητές πέρυσιείπε ότι πέτυχαν19% αποδοτικότητα στην παραγωγή υδρογόνου από άμεσο διαχωρισμό ηλιακού νερού.)
Ωστόσο, το εργαστήριο της Martens ήταν σφιχτό σχετικά με την τεχνολογία.Τομ Μπόσερεζ, μεταδιδακτορικός ερευνητής, αρνήθηκε να αποκαλύψει οποιεσδήποτε ιδιαιτερότητες, επικαλούμενη ανησυχίες για την πνευματική ιδιοκτησία Λέει μόνο ότι το εργαστήριο ειδικεύεται σε «καταλύτες, μεμβράνες και προσροφητικά».
«Χρησιμοποιώντας την τεχνογνωσία μας σε αυτόν τον τομέα, καταφέραμε να αναπτύξουμε ένα σύστημα που είναι πολύ αποτελεσματικό στη λήψη νερού από τον αέρα και τη διάσπασή του σε υδρογόνο χρησιμοποιώντας ηλιακή ενέργεια», έγραψε ο Bosserez σε email. Ερωτηθείς για κάποιες από τις προκλήσεις της μηχανικής που αντιμετώπισαν κατά τη διάρκεια μιας δεκαετίας ανάπτυξης, λέει, "Το πιο δύσκολο μέρος είναι να βγάλουμε το νερό από τον αέρα."
Ακαδημαϊκά άρθρα προσφέρουν διάσπαρτα στοιχεία για την τεχνολογία, αν και ο Bosserez λέει ότι η έρευνά τους «ξεπερνά αυτό που δημοσιεύουμε» Τα τελευταία χρόνια, οι μηχανικοί έχουν μελετήσει την αποτελεσματικότητα μιας ποικιλίας υλικών, όπως πορώδη, πολλών κόμβωνηλιακά κύτταρα πυριτίουμε «διαστάσεις πόρων κλίμακας μικρομέτρου».καταλύτες λεπτής μεμβράνηςκατασκευασμένο από οξείδιο του μαγγανίου (III) · και μια πολυ (βινυλική αλκοόλη)μεμβράνη ανταλλαγής ανιόντωνπου περιλαμβάνει ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου και καταλύτες με βάση το νικέλιο.
Ο Martens λέει γενικά ότι η ομάδα του χρησιμοποιεί «φτηνές πρώτες ύλες» αντί για πολύτιμα μέταλλα και άλλα ακριβά εξαρτήματα. «Θέλαμε να σχεδιάσουμε κάτι βιώσιμο που είναι προσιτό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σχεδόν οπουδήποτε»,είπε στο VRT, ένα δημόσιο δίκτυο μετάδοσης στο Βέλγιο.
Οι ερευνητές σκοπεύουν να δοκιμάσουν το πρωτότυπο τους σε ένα σπίτι στην αγροτική πόλη Oud-Heverlee. Το υδρογόνο θα αποθηκευόταν σε ένα μικρό, υπόγειο δοχείο πίεσης κατά τους καλοκαιρινούς μήνες και στη συνέχεια θα αντληθεί σε όλο το σπίτι το χειμώνα. Αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, ο Martens λέει ότι η ομάδα θα μπορούσε να εγκαταστήσει 20 πάνελ στο σπίτι ή να κατασκευάσει ένα μεγαλύτερο σύστημα γειτονιάς για να επιτρέψει σε άλλες οικογένειες να χρησιμοποιούν το «πράσινο» υδρογόνο.
Ο Fenton, του Κέντρου Ηλιακής Ενέργειας της Φλόριντα, λέει ότι είναι πολύ νωρίς για να προσδιοριστεί εάν ή πότε τα ηλιακά πάνελ που παράγουν υδρογόνο θα μπορούσαν να καταστούν οικονομικά βιώσιμα. Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στο πολύ πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, και –ιδίως στις Ηνωμένες Πολιτείες– τα υπάρχοντα καύσιμα θέρμανσης όπως το φυσικό αέριο είναι σχετικά φθηνά. Ωστόσο, καθώς οι χώρες εργάζονται για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, και καθώς περισσότερες κοινότητες εγκαθιστούν τοπική υποδομή ανανεώσιμης ενέργειας όπως η ηλιακή στον τελευταίο όροφο, βλέπει έναν πιθανό ρόλο για αυτά τα συστήματα υδρογόνου.
"Εάν η εφαρμογή λειτουργεί, θα μπορούσε να προσφερθεί πολύ ωραία στην παραγωγή υδρογόνου που θα μπορούσα να αποθηκεύσω και να χρησιμοποιήσω για τη θέρμανση του σπιτιού μου, για μαγείρεμα, ίσως να το τρέξω στο αυτοκίνητό μου με κυψέλες καυσίμου", λέει ο Fenton. «Είναι αυτά τα φουτουριστικά είδη ευκαιριών. Αλλά είναι ακόμα κάτι που πρέπει να προετοιμαστούμε. "