Vienas iš pagrindinių būdų, kaip kuro celėse pagaminti vandenilį yra dirbtinė fotosintezė, padalijanti vandenį į vandenilį ir deguonį. Tačiau tokie prietaisai, užtikrinantys šį procesą, vis dar turi rimtų efektyvumo problemų. Visgi, Berklio laboratorijos mokslininkai sukūrė naują hibridinį įrenginį, kuris gali sugeneruoti dalį energijos, kuri kitais atvejais būtų laikoma atlieka. Tad dabar gaunama dviguba nauda – gaminant vandenilį dar gaunama ir elektros energijos.
Vandenilio gamyboje, naudojant dirbtinę fotosintezę, yra padaryta daug pažangos: pagerintas efektyvumas, sumažinti kaštai ir sukurtos protingos sistemos, kaip pavyzdžiui, vandenynuose plaukiojančios platformos, kuriose paimamas vanduo ir iš jo gaminamas vandenilis.
Tačiau nepaisant visų pasiekimų ir patobulinimų, efektyvumas vis dar išlieka opia problema. Daugelis dirbtinės fotosintezės įrenginių išnaudoja tik vieną procentą saulės spindulių, kai įprastos fotovoltinės sistemos pasiekia 20 % konversijos efektyvumą ar kai kuriais atvejais netgi 45 %.
HPEV celės schema
© „Berkeley Lab“, JCAP
Naujausio tyrimo autoriai iš Berklio laboratorijos („Berkeley Lab“) ir Jungtinio dirbtinio fotosintezės centro („Joint Center for Artificial Photosynyhesis“ (JCAP)) įsitikinę, kad didžiausi kaltininkai yra vandens skaidymo įrenginiuose naudojami komponentai, kurie sumažina silicio efektyvumą.
„Tai tarsi nuolatinis važiavimas automobiliu įjungus pirmą pavarą, – sako tyrimo vadovas Gideonas Segevas. – Tai yra energija, kurią jus galite panaudoti, bet dėl to, kad silicis neveikia maksimaliame galios taške, dauguma sužadintų silicio elektronų neturi kur keliauti, todėl jie praranda savo energiją dar prieš mums ją naudingai panaudojant.“
Kaip tai pakeisti? Pasirodo, kad atsakymas gali būti stebėtinai paprastas. Tyrėjai klausia: o kodėl tiems elektronams neleidus tiesiog iškeliauti? Norėdami tai padaryti, mokslininkai pridėjo antrą elektros kontaktą prie silicio komponento galo, esančio pačiame įrenginyje. Tai leidžia suskaidyti elektros srovę, pagamintą iš saulės šviesos energijos, ir dalį jos panaudoti skaidant vandenį į vandenilį ir deguonį, o kitą dalį tiesiog surinkti, kaip įprastą elektrą. Tyrėjai šį prietaisą pavadino hibridine fotoelektrochemine-voltine cele (HPEV).
Tyrėjai apskaičiavo, kad tradicinis dirbtinis fotosintezės prietaisas, kurio sudėtyje yra silicio ir bismuto vanadžio, pasiekia 6,8 % efektyvumą. Palyginimui, HPEV celė, pagaminta naudojant tuos pačius komponentus, papildomai į elektrą pavers 13,4 % saulės energijos. Tad drauge su 6,8 % efektyvumu, gaminant vandenilį, ir pridėjus elektros gamybą iš saulės energijos, gauname 20,2 % bendrą efektyvumą.
Tyrėjai pirmiausia HPEV celę išbandė savo simuliaciniuose modeliuose ir tik tada sukūrė prototipą. Realus įrenginys veikė taip, kaip ir buvo tikėtasi. Žinoma, tyrėjų komanda planuoja ir toliau tobulinti naująjį įrenginį, ieškoti naujų būdų, kaip ji patobulinti, įskaitant ir CO2 emisijų išmetimų sumažinimą.
Tyrimų rezultatai buvo paskelbti moksliniame žurnale „Nature Materials“.
