- Rice Üniversitesi tarafından geliştirilen solar hidrojen cihazı sayesinde güneş ışığı rekor verimlilikle hidrojene dönüştürülebiliyor.
- Aditya Mohite’in kimya ve biyomoleküler mühendislik alanında uzmanlaşmış laboratuvarı, bu entegre fotoreaktörün yapımına öncülük etti.
- Cihaz %20,8 gibi etkileyici bir oranla güneş enerjisini hidrojene dönüştürerek verimlilik sağlıyor.
Rice Üniversitesinde mühendisler tarafından yeşil hidrojen teknolojisi için yeni bir standart belirlendi.
Rice Üniversitesi mühendisleri, yeni nesil halojenür perovskit yarı iletkenleri elektrokatalizörlerle tek, dayanıklı, uygun maliyetli ve ölçeklenebilir bir cihazda birleştiren araç sayesinde güneş ışığını rekor kıran bir verimlilikle hidrojene dönüştürebiliyor.
Yeni teknoloji, temiz enerji için önemli bir adım ve hammaddeleri yakıtlara dönüştürmek için güneşten toplanan elektriği kullanan çok çeşitli kimyasal reaksiyonlar için bir platform görevi görebilir.
Devrim Niteliğinde Fotoreaktör Tasarımı
Aditya Mohite’in kimya ve biyomoleküler mühendislik alanında uzmanlaşmış laboratuvarı, bu entegre fotoreaktörün yapımına öncülük etti. Cihazın tasarımındaki kilit unsur, elektron transferini engellemeden yarı iletkeni sudan etkili bir şekilde yalıtan, korozyon önleyici bariyer. Nature Communications’da yayımlanan bir çalışmada bildirildiği üzere cihaz, %20,8 gibi etkileyici bir oranla güneş enerjisini hidrojene dönüştürerek verimlilik sağlıyor.
Kimya ve biyomoleküler mühendisliği doktora öğrencisi ve çalışmanın başyazarlarından Austin Fehr, bu çalışmanın önemini vurguladı: “Güneş ışığını, kimyasal madde üretiminde bir enerji kaynağı olarak kullanmak, temiz enerji ekonomisinin önündeki en büyük engellerden biri. Amacımız, güneş enerjisi türevli yakıtlar üretebilen ekonomik olarak uygulanabilir platformlar oluşturmak. Burada, ışığı emen ve yüzeyinde elektrokimyasal su ayrıştırma kimyasını tamamlayan bir sistem tasarladık.”
Fotoelektrokimyasal Hücrelerle Zorlukların Aşılması
Cihaz fotoelektrokimyasal hücre olarak biliniyor çünkü ışığın emilmesi, elektriğe dönüştürülmesi ve elektriğin kimyasal bir reaksiyona güç sağlamak için kullanılması aynı cihazda gerçekleşiyor. Şimdiye kadar, yeşil hidrojen üretmek için fotoelektrokimyasal teknolojinin kullanılması, düşük verimlilik ve yarı iletkenlerin yüksek maliyeti nedeniyle mümkün olmuyordu.
Fehr buluşlarının farkını şöyle açıkladı: “Bu türdeki tüm cihazlar sadece güneş ışığı ve su kullanarak yeşil hidrojen üretir, ancak bizimki istisnai çünkü rekor kıran bir verimliliğe sahip ve çok ucuz bir yarı iletken kullanıyor.”
İnovasyon Yolculuğu ve Gelecek Perspektifleri
Mohite laboratuvarı ve işbirlikçileri, yüksek rekabet gücüne sahip güneş pillerini, suyu oksijen ve hidrojene ayırmak için toplanan enerjiyi kullanabilen bir reaktöre dönüştürerek cihazı oluşturdular. Üstesinden gelmeleri gereken zorluk, halojenür perovskitlerin suda son derece kararsız olması ve yarı iletkenleri yalıtmak için kullanılan kaplamaların işlevlerini bozması veya zarar vermesiydi.
Rice’ta kimya mühendisi olan ve çalışmanın yazarlarından Michael Wong, “Son iki yıl boyunca farklı malzemeler ve teknikler deneyerek ileri geri gittik.” diyor.
Uzun denemelerin istenen sonucu vermemesinin ardından, araştırmacılar sonunda bir çözümle karşılaştılar.
Fehr, “Temel görüşümüz, bariyer için iki katmana ihtiyacımız olduğuydu; biri suyu engellemek, diğeri ise perovskit katmanlar ile koruyucu katman arasında iyi bir elektrik teması sağlamak için.” dedi.
Araştırmacılar, bariyer tasarımlarının farklı reaksiyonlar ve farklı yarı iletkenler için işe yaradığını ve birçok sistemde uygulanabilir olduğunu gösterdi.
Mohite, “Bu tür sistemlerin, enerji girdisi olarak yalnızca güneş ışığı ile bol miktarda hammadde kullanarak yakıt oluşturan reaksiyonlara çok çeşitli elektronları yönlendirmek için bir platform görevi göreceğini umuyoruz.” dedi.
Fehr, “Kararlılık ve ölçekte daha fazla iyileştirme ile bu teknoloji hidrojen ekonomisinin önünü açabilir ve insanların fosil yakıttan güneş yakıtına geçişini sağlayabilir.” diye ekledi.
Derleyen: Serap Atabey