Güneş ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerjilerin üretimi ve depolanması temiz enerji ekonomisinin önündeki en önemli engellerden birisini oluşturuyor.

Bu nedenle 2010 yılında Amerikan Enerji Bakanlığı (DOE)  desteği ile Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünde (CALTECH) Yapay Fotosentez Merkezi (Joint Center for Artificial Photosynthesis) oluşturulduğunda merkezin en büyük hedeflerinden birisi de sadece güneş, su ve karbondioksit kullanılarak ve bitki yapraklarının doğal fotosentez işlemini taklit ederek yakıt elde etmeyi ve bunu kimyasal bir yakıt formunda depolamak idi. Oluşturulan bu proje ekibi aradan geçen 5 yıl içerisinde hedeflerine ulaşma yolunda ciddi ilerlemeler kaydettiler ve sonunda sudan hidrojen elde eden  güneş enerjisi bazlı entegre bir sistemin geliştirildiğini duyurdular.

“Yapay Yaprak” diye adlandırdıkları bu yeni güneş enerjili yakıt üretim sisteminin detayları 27 Ağustos 2015 tarihinde Energy and Environmental Science dergisinde yayınlandı.

JCAP Photoanode Final Image 1000pxYeni geliştirilen sistem foto-anot, foto-katot ve bir membran olmak üzere 3 temel unsurdan oluşuyor. Foto-anot güneş ışığını kullanarak su moleküllerini okside ederek proton, elektron ve oksijen moleküllerinin oluşmasını sağlıyor. Foto-katot ise oluşan proton ve elektronları tekrar birleştirerek hidrojen gazı oluşumunu sağlıyor. Bu sistemin tasarımında en önemli unsurların birisi de oluşan hidrojen ve oksijen gazını birbirinden ayırmak için kullanılan plastik membran. Eğer bu iki gaz birbirine karışırsa ve yanlışlıkla ateşlenirse bunun sonucunda bir patlama meydana gelebilir, ancak kullanılan membran güvenli bir şekilde hidrojen yakıtını ayırarak topluyor ve bir boru hattına itiyor.

Silikon ve Galyum Arsenid gibi yakıt sistemlerinde elektrot olarak kullanılan yarıiletken malzemelerin oksitlenmesinin ya da paslanmasının önüne geçmek için de bu elektrolar 62,5 nanometre kalınlığında Titanyum Dioksit (TiO2) ile kaplanıyor.

Proje kapsamında elde edilen diğer önemli bir gelişme de hidrojen yakıtı üretimi için nadir elementlerden olan platinyum gibi pahalı bir katalizör değil de, TiO2 yüzeyine 2 nanometre kalınlığında nikel kaplama ile elde edilmiş ucuz ve aktif bir katalizörün kullanılması. Bu katalizör şu an suyu oksijen ve hidrojene ayıran en aktif katalizörlerden birisi ve geliştirilen ürünün yüksek performans göstermesini sağlayan ana unsurlardan biri.

Ürünün performansına ve güvenliğine etki eden diğer kritik unsurlardan birisi de iyonların sıkıntısız bir şekilde akışına ve hücrenin elektrik devresini tamamlamasına izin verirken, su moleküllerinin ayrışması sonucu oluşan hidrojen ve oksijen gazlarını birbirinden ayırarak muhtemel bir patlamanın önüne geçen özel plastik membran.

Geliştirilen sistemin tüm parçaları aynı şartlarda beraberce çalışabiliyor. Sadece 1 cm2 yer kaplayan demo sistem güneş enerjisini %10 verimle depolanmış kimyasal enerjiye çevirebiliyor ve 40 saatten fazla sürekli olarak çalışabiliyor. 

Daha detaylı bilgi için,

http://www.caltech.edu/news/artificial-leaf-harnesses-sunlight-efficient-fuel-production-47635

 

 


Yorum eklemek için üye girişi yapmalısınız.