Nanyang Teknoloji Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, endüstriyel atık sularda bulunan zehirli bir kirletici olan hidrazini parçalarken deniz suyundan hidrojen üreten, güneş enerjisiyle çalışan yapay bir yaprak geliştirdiler.
Singapur'daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden (NTU) bir ekip, sadece güneş ışığı kullanarak deniz suyundan hidrojen üreten yapay bir yaprak geliştirdi . Cihaz ayrıca, bazı endüstriyel atık sularda bulunan son derece zehirli bir kimyasal olan hidrazini de yok ediyor. Böylece temiz yakıt üretimi ve kirlilik temizliğini tek adımda gerçekleştiriyor.
Araştırmacılar çalışmayı Nature Communications dergisinde yayınladılar . Ekibe NTU Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Profesör Lydia H. Wong liderlik etti.
Deniz suyu neden serttir?
Çoğu elektroliz cihazı taze, arıtılmış suyu ayrıştırır. Deniz suyu çok daha bol bulunur, ancak tuzu sorun yaratır. Elektrik akımı geçtiğinde, klorür iyonları aşındırıcı ve zehirli olan klor bileşikleri oluşturma eğilimindedir.
Bu bileşikler elektrotları aşındırır ve kendi başlarına bir atık sorunu yaratırlar. Sonuç olarak, deniz suyundan hidrojen üretmek genellikle önce pahalı tuzdan arındırma işlemi gerektirir veya korozyona dayanıklı elektrotlar kullanılmasını gerektirir.
Avustralya, Orta Doğu ve Kuzey Afrika'nın bazı bölgeleri de dahil olmak üzere kurak kıyı bölgelerinde planlanan hidrojen merkezleri için tatlı su temini zaten bir endişe kaynağıdır. Deniz suyunu doğrudan kullanmak bu baskıyı hafifletecektir. Ayrıca, ulusal bir hidrojen stratejisine sahip ancak tatlı su kaynakları sınırlı olan Singapur gibi ada devletleri için de uygun olacaktır.
NTU tasarımı bu sorunların çoğunu ortadan kaldırıyor. Ekip, anot kısmına hidrazini hidrojen ve nitrojene ayrıştıran bir katalizör yerleştirdi. Aynı zamanda, bu reaksiyon klor bileşiklerinin oluşumunu da engelliyor.
Bir perovskit katot
Cihazın diğer tarafında ise araştırmacılar katodu kurşun halojenür perovskitlerden ürettiler. Bu kristal malzemeler ışığı iyi emer ve ucuz bir şekilde elektriğe dönüştürür. Son on yılda güneş enerjisi araştırmalarında büyük ilgi görmüşlerdir. Üreticiler ayrıca bunları düşük sıcaklıklarda çözeltiden işleyebilirler, bu da maliyetleri düşürür.
Burada, perovskit fotokatot, santimetre kare başına 25 miliamperlik bir fotok電流 yoğunluğuna ulaştı. Fotok電流 yoğunluğu, cihazın aydınlatılan alan başına ne kadar akım ürettiğini ölçer. Ekip, bu rakamın kurşun bazlı perovskit katotlar için bildirilen en yüksek değerlerden biri olduğunu söylüyor.
Cihaz ayrıca, güneşli bir günde tam güneş ışığına eşdeğer ışık altında 72 saatten fazla süreyle istikrarlı bir çıkış sağladı. Bu arada, benzer güneş enerjili cihazlarla karşılaştırılabilir bir oranda hidrojen üretti.
Çalışma sırasında suyu temizleme
Yaprak harici bir voltaj olmadan çalıştığı için kendi kendine enerji üretir. Basitçe söylemek gerekirse, her iki reaksiyon da yalnızca güneş ışığıyla çalışır ve şebekeden veya pilden elektrik çekilmez. Testlerde, hidrazini yaklaşık 30 saat içinde milyarda birin altına kadar parçaladı. Aslında, cihaz test çözeltisindeki kirleticinin neredeyse tamamını ortadan kaldırdı.
Hidrazin, kimyasal üretim de dahil olmak üzere endüstriyel süreçlerde ve roket yakıtı olarak kullanılır. İnsanlar ve su yaşamı için zehirlidir, bu nedenle hidrazin içeren atık suların dikkatli bir şekilde arıtılması gerekir. Yakıt üretimi sırasında hidrazini uzaklaştıran bir cihaz, bertaraf maliyetini küçük bir değer kaynağına dönüştürebilir.
Yeniliğin arkasındaki araştırmacılar. Soldan sağa: Dr. Stener Lie, Dr. Anupam Sadhu, Prof Lydia H. Wong ve NTU Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Dr. Hao Zhe Chun. Kredi bilgileri: NTU Singapur
Ölçeklendirmeden Önceki Engeller
Sonuçlar laboratuvar ölçeğinde elde edildi ve birçok önemli soru hâlâ cevapsız kalıyor. Perovskitlerin bilinen bir zayıf noktası var: neme, ısıya ve uzun süreli ışığa maruz kaldıklarında bozuluyorlar. Üç gün boyunca istikrarlı çalışma, bu malzeme sınıfı için güçlü bir sonuç olsa da, ticari sistemlerin yıllarca çalışması gerekiyor.
Kurşun kullanımı, su içinde kullanılmak üzere tasarlanmış herhangi bir cihaz için de soru işaretleri doğurmaktadır. Mühendislerin, malzemenin uzun süre boyunca sızdırmazlığını koruduğunu göstermeleri gerekecektir. Ayrıca, küçük laboratuvar hücrelerinin büyük panellere ölçeklendirilmesi genellikle verimliliği düşürür.
Yine de bu çalışma , su ayrıştırmayı hızlandıran katmanlı güneş malzemeleri de dahil olmak üzere, doğrudan güneş enerjisiyle hidrojen üretimine yönelik giderek artan yaklaşımlar kümesine katkıda bulunuyor . Kıyı bölgelerindeki endüstriyel tesisler için, kirlenmiş suyu arıtırken deniz suyundan hidrojen üretmek cazip bir kombinasyon. Bir sonraki adım, bu konseptin laboratuvar dışındaki gerçek koşullarda da geçerli olduğunu kanıtlamaktır.
