Bilim adamları yapay yaprak kullanarak yakıt ürettiler

Güneş ya da rüzgar gibi yenilenebilir enerjiyi üretmek ve saklayabilmek yeni temiz-enerji ekonomilerinin anahtarı. Caltech üniversitesinde 2010 yılında kurulan Birleşik Yapay Fotosentez Merkezi ve Amerikan Enerji bakanlığı tarafından desteklenen bu organizasyonun tek bir amacı var. Sadece güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanarak masrafsız bir şekilde yakıt üretebilmek. Ve geçtiğimiz 5 yıl içerisinde bu organizasyon bu hedefe ulaşabilmek için oldukça büyük mesafe katetti. Ve geçtiğimiz günlerde ilk defa çalışan, verimli, güvenli ve entegre bir suyu ayrıştırarak hidrojen yakıtı üreten güneş enerjikli bir sistemi duyurdu.

Yeni güneş enerjisiyle çalışan yakıt üretim sistemi, ya da diğer adıyla yapay yaprak, 24 Ağustos’taki Enerji ve Çevresel Bilim dergisinin çevrimiçi sayısında tanıtıldı.

Yeni sistemin üç tane bileşeni var. İki elektrot – bir fotoanot ve bir foto katot – ve bir zar. Fotoanot güneş ışığını kullanarak su moleküllerini oksidize ediyor ve proton, elektron ve oksijen gazı üretiyor. Fotokatod ise proton ve elektronları tekrar biraraya getirerek hidrojen gazı oluşturuyor. Bu dizaynın anahtar parçası ise plastik zar, bu zar oksijen ve hidrojeni birbirinden ayrı tutuyor. Eğer bu iki gazın biraraya gelmesine izin verilirse, ya da yanlışlıkla ateşlenirse bir patlama oluşabilir. Bu zar hidrojenin ayrı olarak basınçla bir boruya itilerek elde edilmesine yardım ediyor.

Silikon ve Galyum gibi yarı iletkenler ışığı iyi emebildikleri için güneş panellerinde kullanılırlar. Bununla beraber bu malzemeler suyla temas edince oksidize olur (yani paslanır) ve bu yüzden direkt olarak yakıt üretmede kullanılamazlar. Bu merkezde bulunan çığır açıcı bir bulgu da eğer elektrotlara bir nanometre kalınlığında titanyum dioksit uygulandığında – bu madde diş macunlarında, güneş kremlerinde ve beyaz boyalarda bulunur – bu madde elektrotların paslanmasına engel olurken ışık ve elektronların geçişine izin veriyor. Yeni tamamlanan bu sistemde 62.5 nanometre kalınlığında Titanyum Dioksit tabakası var ve bu tabaka korozyonu önlüyerek galyum arsenit bazlı fotoelektrotun daha istikrarlı olmasını sağlıyor.

Başka bir anahtar bileşen ise yakıt üretimi için aktif ve ucuz katalizatör kullanılması. Fotoanot suyu ayıran tepkime için bu katalizatöre ihtiyaç duyuyor. Platinyum gibi az bulunan ve pahalı metaller oldukça verimli katalizatörler olabilirler, ancak çalışmaları sırasında ekip keşfetti ki eğer 2 nanometre kalınlığında nikeli Titanyum Dioksite uygulıyarak çok daha ucuz bir aktif katalizatör oluşturabildiler. Bu katalizatör su moleküllerini oksijen, proton ve elektronlara ayrıştırmada en aktif katalizatörlerden biri oldu, ve bu cihazın yüksek verimliliğinin anahtarı.

Fotoanottan fotokatot oluşturuldu, ki bunda da çok aktif, ucuz, nikel-molibdenum katalizatör bulunmaktadır.

Sistemin güvenli olmasına ve verimliliğine katkıda bulunan üçüncü kritik bileşen ise gazları birbirinden ayıran ve elektrik devresini tamamlıyarak iyonların rahat bir şekilde akışını sağlarken bir patlama ihtimalini engelleyen plastik zar. Bütün bu komponentler aynı koşullarda istikrarlı bir şekilde birlikte çalışarak yüksek performanslı ve tam entegre sistemi oluşturuyor. Gösteri sistemi bir santimetrekare alan kullanıyor ve güneşten aldığı enerjinin yüzde 10’unu 40 saat kesintisiz olarak çalışabilecek kimyasal yakıt olarak saklıyor.

Yorumlar

yorum