Una nuova e potente cella solare produce sia combustibile a idrogeno che energia elettrica

In un campo che è essenzialmente la flessione dell'acqua incontra l'energia rinnovabile, i ricercatori hanno sfruttato con successo la fotosintesi per dividere l'acqua per produrre combustibile a idrogeno. La divisione di H2O a livello molecolare è qualcosa che gli scienziati hanno fatto per oltre 200 anni e potrebbe contenere la chiave allettante per un'economia dell'idrogeno senza emissioni - se solo potesse essere aumentata.

Fortunatamente abbiamo fatto progressi nel ridurre i costi, e anche i ricercatori si sono avvicinati alla padronanza dell'arte della fotosintesi artificiale, ma la scarsa efficienza impedisce al processo di sognare in grande, almeno fino ad ora.

Questo è secondo un nuovo articolo pubblicato lunedì Materiali naturali dal Lawrence Berkeley National Laboratory che presenta una soluzione ibrida semplice ed elegante che aggira l'attuale collo di bottiglia per le cellule fotoelettrochimiche.

"È un pranzo gratis", dice il ricercatore capo Gideon Segev Inverso.

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Le cellule fotoelettrochimiche sono l'acqua della scienza e la flessione della luce

Le celle fotoelettrochimiche sono solitamente una pila di materiali diversi che assorbono la luce. Ogni strato assorbe una diversa lunghezza d'onda, accumulando tensioni elettriche che culminano in una tensione abbastanza forte da dividere l'acqua in ossigeno e combustibile a idrogeno.

Questo, naturalmente, sembra un buon uso della luce solare. Ma anche quando le celle solari al silicio funzionano bene, sorgono problemi quando altri materiali nello stack non riescono a eguagliare le sue prestazioni, lasciando che l'energia vada sprecata.

"Avete bisogno di due materiali, idealmente di silicio e in più di un altro materiale che assorbirebbe la parte più energetica del materiale", dice Segev. "Il collo di bottiglia nel sistema è e sarà sempre l'altro materiale, quindi la ricerca è principalmente nel rendere l'altro materiale migliore".

Come gli elettroni presentano una soluzione elegante

Con così tanta ricerca concentrata su questo "altro materiale", Segev e il suo team hanno deciso di fare un passo indietro, osservando come potrebbero migliorare l'intero sistema. E hanno realizzato che c'è un'intera altra fonte di energia in attesa di essere intercettata: gli elettroni.

"Hai questo materiale semiconduttore e assorbe la luce. La luce può essere pensata come una particella. Quindi quando un fotone viene assorbito, dà energia all'elettrone, nel suo stato eccitato ", spiega Segev. "Si può dire che l'elettrone ha un tempo specifico prima che perda la sua energia, l'energia che i fotoni hanno dato.

La ricerca precedente semplicemente consentiva alle cellule di riscaldarsi e di dissipare l'energia. La squadra di Segev ha letteralmente dato energia all'elettrone. Mentre la maggior parte dei dispositivi che dividono l'acqua di solito hanno due lati, uno per produrre combustibili solari e l'altro per rilasciare la corrente, questo nuovo prototipo ha due uscite nella parte posteriore, una per la generazione di energia solare e una per l'energia elettrica. Due tipi di energia, una cella.

Il prototipo - che nel corso di un anno ha richiesto 19 infurianti iterazioni per creare - ha un potenziale drammatico del tasso di efficienza dell'energia solare rispetto all'idrogeno dal suo tasso attuale, il 6,8 percento. Con i materiali ideali, il gruppo ha calcolato un aumento potenziale del 20,2 percento, triplicando il tasso delle celle convenzionali di idrogeno solare.

Improvvisamente, le stazioni di rifornimento di idrogeno solare del futuro non sembrano senza speranze, anche se sono necessarie ulteriori ricerche prima di poter realizzare un'utopia alimentata a idrogeno.

"Se funzionasse in modo efficiente e fosse competitivo in termini di costi, forse potremmo iniziare a parlare di stazioni commerciali o di rifornimento di idrogeno alimentate dal sole", afferma Segev. "Ma penso che sia tutto molto prematuro in questa fase, quindi non siamo a un punto in cui possiamo parlare di rendere questa tecnologia una persona che vedrebbe nella loro vita domani mattina."

Ma Segev, possiamo sognare.

Correzione: una versione precedente della storia stampava erroneamente che il prototipo raggiungeva la tripla efficienza, mentre questo rimane un calcolo. La storia è stata aggiornata con ulteriori commenti dell'autore dello studio.