Satu pasukan penyelidik dari University of Exeter mempunyai membangunkan kaedah untuk menghasilkan hidrogen, yang boleh digunakan sebagai bahan api, dengan memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen, dengan menggunakan cahaya matahari sahaja.

Bahan api hidrogen yang dihasilkan dengan cara ini mempunyai banyak kelebihan. Ia adalah murni dan murah. Ia juga boleh diperbaharui dengan pelepasan karbon sifar, tidak seperti bahan api fosil.

Penyelidikan diketuai oleh Govinder Pawar, seorang pelajar doktor di Institut Alam Sekitar dan Kemampanan Exeter.

Kertas itu diterbitkan dalam jurnal Laporan Saintifik.

Keperluan mendesak untuk tenaga boleh diperbaharui

Terdapat 7.6 bilion orang di dunia hari ini, dengan jumlah yang diunjurkan untuk mencapai 9.2 bilion pada tahun 2040.

Apabila penduduk tumbuh, penggunaan tenaga dunia juga akan meningkat - peningkatan Peratus 28 dari 2015 ke 2040. Akibatnya, pelepasan karbon dioksida yang berkaitan dengan tenaga akan meningkat oleh Peratus 16 semasa tempoh yang sama.

Bahan api fosil yang sedang ditemui Peratus 80 daripada keperluan tenaga dunia. Walaupun penggunaan bahan api bukan fosil dijangka berkembang lebih cepat daripada bahan bakar fosil, bahan api fosil masih dijangka menyediakan Peratus 77 penggunaan tenaga dunia di 2040.

Bahan api fosil, dan pelepasan gas rumah kaca yang dihasilkan, berbahaya kepada kesihatan dan alam sekitar. Perubahan iklim tidak hanya mengambil tol pada alam sekitar - seperti banjir yang lebih kerap, taufan yang lebih dahsyat dan kebakaran liar yang lebih hebat, misalnya - tetapi boleh dikatakan serius akibat sosiopolitik.

Dalam usaha untuk menangani ancaman kembar ini, dua Matlamat Pembangunan Mampan 17 yang diterima pakai oleh Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu di 2015 - SDG 7 (Tenaga Mampu dan Bersih) dan SDG 13 (Tindakan Iklim) - panggilan untuk tindakan global pada kedua-duanya.

Begitu juga dengan Perjanjian Paris, yang menjadi berkesan pada bulan November 4, 2016, juga bertujuan untuk menguatkan tindak balas global terhadap perubahan iklim. Sehingga kini, negara 176 telah mengesahkan perjanjian ini. (AS menarik diri dari Perjanjian Paris pada Jun 2017.)

Kaedah ini

Kaedah penyelidik menghasilkan bahan api hidrogen membantu memajukan matlamat ini.

Pendekatan novel mereka bergantung kepada fotoelektrik baru yang mereka usahakan, menggunakan nanopartikel tiga elemen - lanthanum, besi dan oksigen. Elektrod foto adalah elektrod yang menyerap cahaya dan mencetuskan transformasi elektrokimia.

"Teknik ini melibatkan bahan semikonduktor yang bertujuan untuk meniru fotosintesis semula jadi dalam tumbuhan secara tiruan (fotosintesis buatan), lebih berkesan," kata Pawar.

"Bahan semikonduktor, dalam LaFeO kami3, menukar cahaya matahari menjadi hidrogen dengan pemisahan air. "

Sistem ini berfungsi seperti ini.

Pada dasarnya, "foton masuk dari matahari merangsang elektron melintasi bandgap bahan di mana ia kemudian diekstrak oleh H+ ion untuk membentuk molekul hidrogen, "kata Pawar.

"Kemudian, hidrogen akan ditukar kembali ke dalam air dengan bertindak balas dengan oksigen dalam sel bahan bakar untuk menjana tenaga elektrik, teknik yang sudah mantap."

Pada ketika ini, penyelidik hanya membuat fotoelekrod kecil (3 × 3 cm) yang bernilai kira-kira £ 30 (kira-kira $ 40) setiap elektrod.

Para penyelidik percaya elektrod foto mereka dapat disesuaikan dengan skala yang lebih besar untuk penggunaan jisim dan seluruh dunia.

"Teknik ini sangat penting untuk penjanaan kuasa masa depan kerana bahan bakar fosil adalah sumber tenaga terhad dan akan habis," kata Pawar.

"Mereka juga menghasilkan sejumlah besar gas rumah hijau yang dapat kita lihat mempunyai kesan negatif ke atas dunia kita dengan perubahan cuaca yang tidak dapat diramalkan dan melelehkan topi ais, yang berpengaruh pada arus laut dan menaikkan paras laut. Pembuangan air suria untuk menjana hidrogen boleh menjadi salah satu jawapan untuk membantu mengekalkan permintaan tenaga global dengan cara 'hijau' dengan menggunakan sumber semula jadi yang luas yang perlu kita tangani, matahari dan air. "

Kenapa ia sesuai

Matahari adalah sumber tenaga terbarukan yang paling banyak. Ia boleh memberikan kuasa terawat 100,000 setiap tahun, yang bermaksud tenaga suria bernilai sejam adalah sama dengan penggunaan tenaga keseluruhan sepanjang tahun di seluruh dunia.

Malangnya, usaha-usaha terdahulu untuk menukar cahaya matahari ke sumber tenaga yang tersebar luas tidak berjaya, sehingga kini tiada siapa yang mengetahui cara menghasilkan bahan semikonduktor yang sesuai untuk proses tersebut.

Jurang itu telah diisi oleh Pawar dan pasukannya, yang teknologinya direka untuk melakukannya dengan tepat.

"Teknik ini sesuai kerana semua yang diperlukan adalah bahan semikonduktor, sinar matahari dan air, di mana dua yang terakhir adalah banyak dan hampir tidak terbatas," kata Pawar.

"Bahan kami menunjukkan bahawa tiada kecenderungan luaran (iaitu, elektrik dari sesalur) diperlukan untuk melakukan proses ini, dan apabila menggabungkan hidrogen dengan oksigen untuk menjana tenaga elektrik, produk sampingan hanya air. Tidak ada pelepasan karbon! "

Apa yang akan datang?

Para penyelidik sedang berusaha meningkatkan kecekapan teknologi mereka.

Walaupun teknologi itu tidak akan berdaya maju secara komersial selama bertahun-tahun, ia adalah satu langkah besar ke hadapan untuk bahan api solar.

"Saya percaya ia akan menjadi masih beberapa dekad sehingga ini boleh dilakukan secara komersil kerana kebanyakan bahan tidak dapat melakukan proses itu tanpa bias luaran, atau menggunakan unsur toksik, atau tidak stabil, atau mahal untuk mengarang," kata Pawar.

"Walau bagaimanapun, bahan kami adalah asas yang baik yang dapat membawa kita ke arah yang benar, kerana ia tidak toksik, stabil, murah dan dapat menghasilkan hidrogen tanpa kecenderungan luaran."