באמצעות רק אור שמש ופוטו-זרזים, כור בשטח של 100 מ"ר (1,076 רגל מרובע) ייצר מימן נטול פחמן במשך שלוש שנים, מה שמוכיח את הפוטנציאל של הרעיון. הגישה עדיין הרבה פחות יעילה מהשיטה הנפוצה יותר, שבה לוחות פוטו-וולטאיים הופכים את אור השמש לחשמל תחילה, אבל בתיאוריה הגישה הישירה יכולה להוזיל את עלויות הייצור עוד יותר.
מימן הוא הדלק הנקי האולטימטיבי - כאשר נשרף או מגיב בתא דלק הוא אינו מייצר אלא מים. אנחנו כבר משתמשים בכמויות אדירות של מימן, למשל, כדיו. עם זאת, רוב זה נעשה באמצעות דלקים מאובנים (מה שנקרא "מימן אפור"), המשחרר פחמן דו חמצני. דרך טובה יותר חיונית לשימושים הנוכחיים, שלא לדבר על הנפוצים (אם כישנוי במחלוקת מאוד) חולם להשתמש במימן כדי לא לזהם, חימום, או.
אין זיהום כזה, אלא מסתמך על אנרגיית השמש או הרוח כדי לפצל מולקולות מים ליסודות המרכיבים אותן. למרות שהוא קטן, זהוגדל מהר, אך מסתמך ברובו על הסבה לחשמל כצעד מתווך. פרופסור Takashi Hisatomi ופרופסור Kazunari Domen מאוניברסיטת Shinhu חושבים שאנחנו יכולים לעשות טוב יותר על ידי דילוג על השלב הזה, והוכיחו את האפשרות, אם כי עדיין לא את המעשיות.
"פיצול מים המונע באמצעות אור שמש באמצעות פוטו-זרזים היא טכנולוגיה אידיאלית להמרת אנרגיה סולארית לכימית ואחסון, וההתפתחויות האחרונות בחומרים ומערכות פוטו-קטליטיות מעוררות תקוות למימושה", אמר דומן בהַצהָרָה.
כפי שהשם מרמז, photocatalysts מעוררים תגובות כימיות בנוכחות אור. למרות שיש הרבה תגובות שבהן זה יכול להיות שימושי, פירוק המים למימן וחמצן הוא המקום שבו טמון הפוטנציאל של שינוי העולם.
צוות בראשות Hisatomi ודומן בנה 100 מ'2כור אב טיפוס באמצעות יריעות של הפוטוקטליזטור SrTiO3:אל. מספר זרזים משותפים הונחו בתמיסה מעל הסדינים הללו והמים התאדו. מים זרמו על פני הזרזים וגזים נשאבו בצינורות.
שום שינוי אנרגיה אינו יעיל ב-100 אחוז, כך שכל שלב נוסף מוריד את התקרה ליעילות כוללת מקסימלית. למשל, התאים הסולאריים היעילים ביותר בעולם30 אחוז מהאנרגיה באור השמש לחשמל, ואלו בייצור המוני הם בקושי מעל 20 אחוז. כאשר החשמל מופעל על מים, חוסר היעילות מתרחש שוב, במיוחד אם זולמשמשים במקום אלה העשויים ממתכות יקרות. נעשית עבודה מקיפה כדי לשפר זאת, אבל גם אם כל שלב יעיל ב-30 אחוזים, השילוב פירושו שדלק מימן מגיע עם 9 אחוז בלבד מאנרגיית השמש.
אם לפוטו-זרזים מתאימים הייתה יעילות של 10 אחוז, פירוש הדבר היה יותר מימן עבור אותה כמות אור שמש. זה כנראה יאפשר למימן הירוק להתחרות סוף סוף עם המוצר האפור מבחינת המחיר.
למרבה הצער, זה לא אפשרי כרגע. מחקרים מבוססי מעבדה של המרה ישירה באמצעות אור שמש מדומה הניבו יעילות נמוכה להחריד. זה נורמלי שכל חידוש יספוג הפסדים גדולים עוד יותר כשהם נלקחים לעולם האמיתי, אבל במקרה הזה, לבנאים הייתה הפתעה נעימה.
"במערכת שלנו, תוך שימוש בפוטו-קטליזטור המגיב לאולטרה סגול, יעילות המרת האנרגיה הסולארית הייתה גבוהה פי אחד וחצי תחת אור שמש טבעי", אמר Hisatomi. זו תוצאה של התקן העולמי לאור שמש מדומה מבוסס על תנאים בקווי רוחב גבוהים יותר מאשר טוקיו, מיקומו של כור הניסוי - ההטיה הצפונית ההיסטורית של המדע הותירה מורשת אפילו במחקר השמש. כורים באזורים הטרופיים, שבהם לאור השמש יש מרכיב אולטרה סגול גבוה עוד יותר, אמורים להצליח עוד יותר.
עם זאת, העבודה עדיין לא קרובה למקום שבו היא צריכה להיות. "נכון לעכשיו היעילות באור שמש סטנדרטי מדומה היא 1% במקרה הטוב, והיא לא תגיע ליעילות של 5% באור שמש טבעי", אמר Hisatomi.
יעילות נמוכה לא רק מגדילה את העלויות: כורים לא יעילים תופסים גם כמויות לא מעשיות של מקום, מכיוון שהם צריכים כל כך הרבה אור שמש שייפול עליהם.
כורים גדולים יותר ישפרו מעט את היעילות, אך התקדמות אמיתית תלויה במציאת זרז פוטו יעיל יותר. העבודה בתחום זה התחילה עם טיטניום דו חמצני, שהוא נפוץ אך לא יעיל, וכעת מתמקד בזרזים מורכבים הרבה יותר כמו RhCrOx/SrTiO3:אל.
נושאים אחרים שיש לטפל בהם חלים על כל צורות פיצול המים, כגון מניעת חיבור המימן והחמצן מחדש, לפעמים בצורה נפיצה, לפני שהם מאוחסנים בצורה בטוחה בנפרד.
ארבע הדרישות העיקריות של פיצול ישיר של מים עם אור השמש הן להפוך לרווחיות מסחרית.
קרדיט תמונה: Hisatomi et al/Frontiers Usage Restrictions
כדי להגיע לשם, טוענים Hisatomi ודומן שאנחנו צריכים תהליך הסמכה עולמי,לתביעות של יעילות תאים סולאריים, עם תקנות בטיחות עקביות ותקני יעילות.
כיום יש הבדל בעלויות גדול מאוד בין מימן המיוצר בדרך זו לבין הגרסה המזהמת. עם זאת, דומן אינו מאוכזב. אם יצוצו פוטו-זרזים טובים יותר, הוא אמר; "חוקרים רבים יעבדו ברצינות על פיתוח טכנולוגיית ייצור המוני ותהליכי הפרדת גזים, כמו גם בניית מפעלים בקנה מידה גדול. זה גם ישנה את הדרך שבה אנשים רבים, כולל קובעי מדיניות, חושבים על המרת אנרגיה סולארית, ויאיץ את הפיתוח של תשתיות, חוקים ותקנות הקשורות לדלקים סולאריים".
חלק מקווים שהכרייה, לאחרונה נמצאממה שחשבו בעבר, יציל אותנו, אבל המעשיות של קציר נרחב בקושי נחקרה.
סקירה של מצב ייצור מימן ישיר באמצעות אור שמש מתפרסמת בגישה פתוחה בכתב העתגבולות במדע. הדגמה של הצוות של 100 מ'2הכור מתפרסם בגישה פתוחה בכתב העתטֶבַע.
