Källa: spectrum.ieee.org
Solpaneler multipliceras på hustaken och i trädgårdar över hela världen när samhällen klagar efter förnybar el. Men ingenjörer i Belgien säger att panelerna kan göra mer än att hålla lamporna tända - de kan också producera vätgas på plats, så att familjer kan värma upp sina hem utan att utöka sina koldioxidavtryck.
Ett team påKatholieke Universiteit Leuven, eller KU Leuven,säger att det har utvecklatsen solpanel som omvandlar solljus direkt till väte med fukt i luften. Prototypen tar vattenångan och delar upp den i väte- och syremolekyler. Om den skalas framgångsrikt kan tekniken hjälpa till att hantera en stor utmaning som vätgasekonomin står inför.
Väte, till skillnad från fossila bränslen, producerar inte växthusgasutsläpp eller luftföroreningar när det används i bränslecelledrivna fordon eller byggnader. Ändå tillverkas nästan allt vätgas idag med enindustriell processdet involverar naturgas, och detta pumpar i slutändan mer utsläpp till atmosfären.
Ett litet men växande antal anläggningar producerar "grönt" väte med hjälp av elektrolys, som delar vattenmolekyler med hjälp av elektricitet - helst från förnybara källor som vind och sol. Andra forskare, inklusive teamet i Belgien, utvecklar det som kallas direkt solvattenuppdelningsteknik. Dessa använder kemiska och biologiska komponenter för att dela vatten direkt på solpanelen, vilket gör att man behöver stora, dyra elektrolysanläggningar.
"Att hitta ett sätt att skapa väte på något enklare eller mer effektivt sätt är kanske en Holy Grail-strävan", sägerJim Fenton, som lederFlorida solenergicentervid University of Central Florida.
KU Leuvensitter på ett gräsbevuxet campus i Flandern, den holländsspråkiga norra regionen Belgien. Tidigare denna månad, professorJohan Martensoch hans team påCentrum för ytkemi och katalysmeddelade att deras prototyp skulle kunna producera 250 liter väte per dag i genomsnitt under ett helt år, vilket de hävdar är ett världsrekord. En familj som bor i ett välisolerat belgiskt hus kan använda cirka 20 av dessa paneler för att tillgodose sina el- och värmebehov under ett helt år, förutspår de.
Solpanelen mäter 1,65 meter lång - ungefär samma höjd som ett kylskåp eller denna reporter - och har en nominell effekt på cirka 210 watt. Systemet kan omvandla 15 procent av solenergin som det får till väte, säger teamet. Det är ett betydande steg från 0,1 procent effektivitet som de först uppnådde för 10 år sedan. (Separat internationella forskare förra åretsa att de uppnådde19 procent effektivitet vid produktion av väte från direkt solvattenuppdelning.)
Men Martens lab var snävt om tekniken.Tom Bosserez, en doktorandforskare, nekade att avslöja några detaljer, med hänvisning till oro för immateriella rättigheter. Han säger bara att laboratoriet är specialiserat på "katalysatorer, membran och adsorbenter."
"Med hjälp av vår expertis inom detta område kunde vi utveckla ett system som är mycket effektivt för att ta vatten från luften och dela upp det i väte med hjälp av solenergi", skrev Bosserez i ett mejl. På frågan om några av de tekniska utmaningarna de mötte under ett decennium av utveckling säger han: "Den svåraste delen är att få ut vattnet ur luften."
Akademiska tidningar erbjuder spridda ledtrådar om tekniken, men Bosserez säger att deras forskning "går utöver vad vi publicerar." Under de senaste åren har ingenjörerna studerat effekten av en mängd olika material, inklusive porös, flerfunktionkiselsolcellermed "pormått i mikrometerskala";tunnfilmskatalysatorertillverkad av mangan (III) oxid; och en poly (vinylalkohol)anjonbytarmembraninnefattande en kaliumhydroxidlösning och nickelbaserade katalysatorer.
Martens säger generellt att hans team använder "billiga råvaror" istället för ädla metaller och andra dyra komponenter. "Vi ville utforma något hållbart som är överkomligt och kan användas praktiskt taget var som helst,"sa han till VRT, ett offentligt sändningsnät i Belgien.
Forskare planerar att testa sin prototyp i ett hus i landsbygden Oud-Heverlee. Väte skulle lagras i ett litet underjordiskt tryckkärl under sommarmånaderna och sedan pumpas genom hela huset under vintern. Om allt går enligt planen säger Martens att teamet kan installera 20 paneler i huset eller bygga ett större grannskapssystem för att tillåta andra familjer att använda det "gröna" vätet.
Fenton från Florida Solar Energy Center säger att det är alldeles för tidigt att avgöra om eller när väteproducerande solpaneler kan bli ekonomiskt livskraftiga. Tekniken befinner sig fortfarande i ett mycket tidigt utvecklingsskede, och - särskilt i USA - befintliga värmebränslen som naturgas är relativt billiga. Men när länder arbetar för att ta itu med klimatförändringarna och när fler samhällen installerar lokal infrastruktur för förnybar energi som solceller på taket ser han en potentiell roll för dessa vätesystem.
"Om applikationen fungerar kan den passa mycket bra för att generera väte som jag kunde lagra och använda för uppvärmning av mitt hus, för matlagning, kanske köra det i min bränslecellsbil", säger Fenton. ”Det är dessa futuristiska sorters möjligheter. Men det är fortfarande något vi behöver förbereda oss för. ”
