Keşfedilen yeni materyaller suyu geleceğin yakıtı haline getirebilir
Yeni bir materyal keşif yaklaşımı, güneş yakıtlarını ticari geçerliliğe hızlı bir yol kat ediyor.
Caltech ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarı’nda ki araştırmacılar, sadece iki yıl içinde, güneş yakıtlarında kullanılabilecek potansiyel materyallerin sayısını neredeyse ikiye katladı.Kömür, yağ ve diğer fosil yakıtların yerini alabilecek ticari olarak uygulanabilir güneş enerjisi yakıtlarının keşfini hızlandırmayı vaat eden bir süreç geliştirerek bunu yaptılar.
Güneş ışığı, su ve karbondioksit (CO2) kullanarak güneş enerjisi, temiz enerji araştırma hayalini oluşturuyor. Araştırmacılar, hidrojen gazı ile sıvı hidrokarbon arasında bir dizi hedef yakıt araştırıyor, ancak bu yakıtların herhangi birinin üretilmesi suyun ayrıştırılmasını gerektiriyor.
Her su molekülü bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomu içerir. Hidrojen atomları ekstrakte edilir ve daha sonra son derece yanıcı bir hidrojen gazı yaratmak için bir araya getirilebilir veya hidrojen, hidrokarbon yakıtları oluşturmak için CO2 ile birleştirilebilir, böylece bol miktarda ve yenilenebilir bir enerji kaynağı yaratılır. Ancak sorun, su moleküllerinin güneş ışığı parladığında parçalanmamaları değil, eğer olsalardı okyanusların çoğu gezegeni kapsamayacak olmasıdır. Güneş enerjisine dayalı bir katalizör yardımıyla biraz yardıma ihtiyaçları var gibi görünüyor.
Pratik güneş enerjisi yakıtları yaratmak için, bilim adamları, foto-anotlar olarak bilinen, görünür ışığı bir enerji kaynağı olarak kullanıp suyun parçlayabilen, düşük maliyetli ve verimli malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Son 40 yılda, araştırmacılar bu foto-anot materyalinden sadece 16 tanesini tespit ettiler.
Caltech’in John Gregoire ve Berkeley Lab’ın önderliğindeki bir takım ekibi, yeni materyalleri belirleyen yeni bir yöntem kullanarak, 12 adet umut verici yeni foto-anodu buldu. Kullanılan yöntem ve yeni fotoanodlarla ilgili bir makale, National Academy of Sciences’un Proceedings of Online edition’da 6 Mart haftasında yayımlanıyor. Bu yeni yöntem, Caltech’te Yapay Fotosentez için Ortak Merkezi (JCAP) ve Berkeley Laboratuar Malzemeleri Projesi (Molecular Foundry) ve Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Hesaplama Merkezi (NERSC) kaynaklarını kullanarak bir ortaklık yoluyla geliştirildi.
JCAP, fotoelektrotektazi için koordinatör olan ve Yüksek Verimli Deneme Projesi’nin lideri olan Gregoire, “Teori ve deneyin bu entegrasyonu gittikçe disiplinler arası bir dünyada araştırma yapmak için bir plandır” diyor.
Deney ve teori birleştiren bu çalışmada özellikle önemli olan şey, güneş yakıtı uygulamaları için birkaç yeni bileşim tanımlamanın yanı sıra, malzemelerin kendilerinin altında yatan elektronik yapı hakkında da yeni şeyler öğrenebilmekteyiz “diyor Moleküler Kuruluş’un Müdürü Neaton .
Önceki materyal keşif süreçleri, belirli uygulamalarda kullanım potansiyellerini değerlendirmek için tek tek bileşiklerin hantal testlerine dayanıyordu. Yeni süreçte, Gregoire ve meslektaşları hesaplama ve deneysel yaklaşımları, bir malzeme veritabanını potansiyel olarak yararlı bileşikler için materyallerin özelliklerine göre tarayarak ve daha sonra yüksek verimli deneyler kullanarak en umut verici adayları hızla test ederek birleştirdiler.
PNAS gazetesinde yayınlanan çalışmada, araştırmacılar, vanadyum ve oksijen elementlerini içeren 174 metal vanadat bileşimini, periyodik tablodaki diğer bir element ile birlikte araştırdılar.
Gregoire, araştırması için bu üçüncü element için farklı seçeneklerin farklı özelliklere sahip materyalleri nasıl üretebileceğini ve bu özelliklerin daha iyi bir foto-anot yapmak için nasıl “ayarlanacağı” nı ortaya koyduğunu söylüyor.
Ayrıca Gregoire, “Ekip tarafından yapılan en önemli ilerleme, teori ve süper bilgisayarlar tarafından sağlanan en iyi yetenekleri benzeri görülmemiş bir oranda bilimsel bilgi üretmek için yeni yüksek verimli deneylerle birleştirmekti.” dedi.
Kaynak: caltech.edu
