Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα μόριο που μπορεί να εκμεταλλευτεί ολόκληρο το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός


Οι ερευνητές έχουν δείξει για πρώτη φορά ότι είναι δυνατή η συλλογή ενέργειας από όλο το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός και η μετατροπή του, γρήγορα και αποτελεσματικά, σε υδρογόνο για καύσιμα.

Οι επιστήμονες για πρώτη φορά έχουν αναπτύξει ένα μόνο μόριο που μπορεί να απορροφήσει αποτελεσματικά το φως του ήλιου και να λειτουργήσει ως καταλύτης για να μετατρέψει την ηλιακή ενέργεια σε υδρογόνο, μια καθαρή εναλλακτική λύση για τα καύσιμα για πράγματα όπως τα οχήματα με φυσικό αέριο.

Αυτό το νέο μόριο συγκεντρώνει ενέργεια από όλο το ορατό φάσμα και μπορεί να αξιοποιήσει περισσότερο από 50% περισσότερη ηλιακή ενέργεια από ότι τα υπάρχοντα ηλιακά κύτταρα. Το εύρημα θα μπορούσε να βοηθήσει τους ανθρώπους να απομακρυνθούν από τα ορυκτά καύσιμα και από πηγές ενέργειας που δεν συμβάλλουν στην αλλαγή του κλίματος.

Οι ερευνητές περιέγραψαν τα συμπεράσματά τους σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε σήμερα στο Nature Chemistry . Η ερευνητική ομάδα ήταν επικεφαλής της Claudia Turro, καθηγητής χημείας και διευθυντής του κρατικού πανεπιστημιακού κέντρου του Οχάιο για χημική και βιοφυσική δυναμική.

"Η όλη ιδέα είναι ότι μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε φωτόνια από τον ήλιο και να τα μετατρέψουμε σε υδρογόνο. Για να το θέσουμε απλά, εξοικονομούμε ενέργεια από το φως του ήλιου και το αποθηκεύουμε σε χημικούς δεσμούς, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεταγενέστερο χρόνο" .

Τα φωτόνια είναι στοιχειακά σωματίδια ηλιακού φωτός που περιέχουν ενέργεια.

Οι ερευνητές έδειξαν, για πρώτη φορά, ότι είναι δυνατή η συλλογή ενέργειας από όλο το ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός - συμπεριλαμβανομένων των υπέρυθρων χαμηλής ενέργειας, ενός μέρους του ηλιακού φάσματος που προηγουμένως ήταν δύσκολο να συλλεχθεί - και να μετασχηματιστεί γρήγορα και αποτελεσματικά, σε υδρογόνο. Το υδρογόνο είναι καθαρό καύσιμο, δηλαδή δεν παράγει άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα ως παραπροϊόν της χρήσης του.

"Αυτό που το κάνει να λειτουργήσει είναι ότι το σύστημα είναι σε θέση να βάλει το μόριο σε μια διεγερμένη κατάσταση, όπου απορροφά το φωτόνιο και είναι σε θέση να αποθηκεύσει δύο ηλεκτρόνια για να κάνει υδρογόνο", ανέφερε ο Turro. "Αυτή η αποθήκευση δύο ηλεκτρονίων σε ένα μόριο που προέρχεται από δύο φωτόνια, και η χρήση τους μαζί για να κάνουν υδρογόνο, είναι άνευ προηγουμένου."

Η μετατροπή ενέργειας από τον ήλιο σε, για παράδειγμα, καύσιμο για ένα αυτοκίνητο, απαιτεί πρώτα ένα μηχανισμό για τη συλλογή της ενέργειας. Αυτή η ενέργεια πρέπει στη συνέχεια να μετατραπεί σε καύσιμο. Η μετατροπή απαιτεί κάτι που ονομάζεται καταλύτης - κάτι που επιταχύνει μια χημική αντίδραση, επιτρέποντας τη μετατροπή από την ηλιακή ενέργεια σε χρησιμοποιήσιμη ενέργεια όπως το υδρογόνο.

Οι περισσότερες από τις προηγούμενες προσπάθειες συλλογής ηλιακής ενέργειας και μετατροπής της σε υδρογόνο εστιάστηκαν στα υψηλότερα ενεργειακά μήκη κύματος της ηλιακής ακτινοβολίας, για παράδειγμα την υπεριώδη ακτινοβολία.

Οι προηγούμενες προσπάθειες έχουν επίσης βασιστεί σε καταλύτες που είναι κατασκευασμένοι από δύο ή περισσότερα μόρια , τα οποία ανταλλάσσουν ηλεκτρόνια-ενέργεια-καθώς παράγουν καύσιμα από την ηλιακή ενέργεια. Αλλά η ενέργεια χάνεται στην ανταλλαγή, καθιστώντας αυτά τα πολυμοριακά συστήματα λιγότερο αποτελεσματικά.

Οι λίγες προσπάθειες που βασίστηκαν σε καταλύτη μονού μορίου ήταν επίσης ανεπαρκείς, ανέφερε ο Turro, εν μέρει επειδή δεν συγκέντρωσαν ενέργεια από το πλήρες ορατό φάσμα του ηλιακού φωτός και εν μέρει επειδή οι ίδιοι οι καταλύτες υποβαθμίστηκαν γρήγορα.

Η ερευνητική ομάδα του Turro βρήκε πώς να κάνει έναν καταλύτη από ένα μόνο μόριο - μια μορφή του στοιχείου ροδίου - που σημαίνει ότι έχει χαθεί λιγότερη ενέργεια, είπε. Και βρήκαν πώς να συλλέγουν ενέργεια από υπέρυθρες σε υπεριώδεις - ολόκληρο το ορατό φάσμα. Το σύστημα που σχεδιάστηκε από αυτή την ερευνητική ομάδα είναι περίπου 25 φορές πιο αποτελεσματικό με χαμηλής ενέργειας υπέρυθρη ακτινοβολία από τα προηγούμενα μονομοριακά συστήματα που λειτουργούν με υπεριώδη φωτόνια, σύμφωνα με τη μελέτη.

Στη μελέτη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα LED για να λάμψουν το φως σε όξινα διαλύματα που περιέχουν το ενεργό μόριο. Όταν το έκαναν, διαπίστωσαν ότι παράγεται υδρογόνο.

"Νομίζω ότι ο λόγος που λειτουργεί είναι επειδή το μόριο είναι δύσκολο να οξειδωθεί", είπε. "Και πρέπει να έχουμε ανανεώσιμη ενέργεια. Φανταστείτε αν μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε το φως του ήλιου για την ενέργεια μας αντί για άνθρακα ή φυσικό αέριο ή πετρέλαιο, τι θα μπορούσαμε να κάνουμε για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής".

Πριν η έρευνα της ερευνητικής ομάδας μπορέσει να τεθεί σε εφαρμογές πραγματικού κόσμου, ο Turro δήλωσε ότι πρέπει να γίνουν ακόμα πολλά δουλειά. Το ρόδιο είναι ένα σπάνιο μέταλλο και η παραγωγή καταλυτών από το ρόδιο είναι ακριβό. Η ομάδα εργάζεται για τη βελτίωση αυτού του μορίου για την παραγωγή υδρογόνου για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα και εργάζεται για την κατασκευή του καταλύτη από λιγότερο δαπανηρά υλικά.

Post a Comment

Νεότερη Παλαιότερη