Requiring nothing but abundant, non-toxic natural materials, this discovery could unlock the most potent, carbon-free energy source of all: the sun. "This is the nirvana of what we've been talking about for years," said MIT's Daniel Nocera, the Henry Dreyfus Professor of Energy at MIT and senior author of a paper describing the work in the July 31 issue of Science. "Solar power has always been a limited, far-off solution. Now we can seriously think about solar power as unlimited and soon."
Inspired by the photosynthesis performed by plants, Nocera and Matthew Kanan, a postdoctoral fellow in Nocera's lab, have developed an unprecedented process that will allow the sun's energy to be used to split water into hydrogen and oxygen gases. Later, the oxygen and hydrogen may be recombined inside a fuel cell, creating carbon-free electricity to power your house or your electric car, day or night.
The key component in Nocera and Kanan's new process is a new catalyst that produces oxygen gas from water; another catalyst produces valuable hydrogen gas. The new catalyst consists of cobalt metal, phosphate and an electrode, placed in water. When electricity — whether from a photovoltaic cell, a wind turbine or any other source — runs through the electrode, the cobalt and phosphate form a thin film on the electrode, and oxygen gas is produced.
Combined with another catalyst, such as platinum, that can produce hydrogen gas from water, the system can duplicate the water splitting reaction that occurs during photosynthesis.
The new catalyst works at room temperature, in neutral pH water, and it's easy to set up, Nocera said. "That's why I know this is going to work. It's so easy to implement," he said.
'Giant leap' for clean energy
Sunlight has the greatest potential of any power source to solve the world's energy problems, said Nocera. In one hour, enough sunlight strikes the Earth to provide the entire planet's energy needs for one year.
James Barber, a leader in the study of photosynthesis who was not involved in this research, called the discovery by Nocera and Kanan a "giant leap" toward generating clean, carbon-free energy on a massive scale.
"This is a major discovery with enormous implications for the future prosperity of humankind," said Barber, the Ernst Chain Professor of Biochemistry at Imperial College London. "The importance of their discovery cannot be overstated since it opens up the door for developing new technologies for energy production thus reducing our dependence for fossil fuels and addressing the global climate change problem."
'Just the beginning'
Currently available electrolyzers, which split water with electricity and are often used industrially, are not suited for artificial photosynthesis because they are very expensive and require a highly basic (non-benign) environment that has little to do with the conditions under which photosynthesis operates.
More engineering work needs to be done to integrate the new scientific discovery into existing photovoltaic systems, but Nocera said he is confident that such systems will become a reality.
"This is just the beginning," said Nocera, principal investigator for the Solar Revolution Project funded by the Chesonis Family Foundation and co-Director of the Eni-MIT Solar Frontiers Center. "The scientific community is really going to run with this."
--
With Daniel Nocera's and Matthew Kanan's new catalyst, homeowners could use their solar panels during the day to power their home, while also using the energy to split water into hydrogen and oxygen for storage. At night, the stored hydrogen and oxygen could be recombined using a fuel cell to generate power while the solar panels are inactive.
wg http://www.physorg.com/news136738014.html, patrz też dyskusja
--
Nowsze polskie doniesienia.
Nadchodzi era wodoru
W połowie 2008 r. agencje doniosły o zadziwiającym osiągnięciu naukowców z MIT-u (Massachusetts Institute of Technology) dotyczącym niskoenergetycznego procesu rozkładu wody na wodór i tlen.
Odniosłem się do tego z pewnym niedowierzaniem, ale fakt, że w lutowym (2009) wydaniu miesięcznika Fokus redakcja przyznała temu odkryciu pierwsze miejsce w rankingu osiągnięć naukowych (w dziedzinie technologii), uwiarygodnia tę informację. Tym bardziej, że pogląd ten jest podzielany przez szereg naukowców. Nasz wybitny inżynier Janusz Liberkowski (mieszkający i odnoszący sukcesy w USA) pisze:
sądzę że najważniejszym wynalazkiem i to nie tylko 2009 roku, ale wielu ostatnich lat — jest rozstrzygnięcie problemu niskoenergetycznego procesu rozkładu wody na wodór i tlen... jest to prawdziwy przewrót w energetyce, a jego wpływ na przyszłość świata wręcz trudno sobie wyobrazić.
Podobnie, profesor James Barber z Imperial College London, wybitny badacz procesu fotosyntezy, który nie brał udziału w pracach MIT-u, nazywa osiągnięcie swoich kolegów "gigantycznym skokiem" w kierunku masowego wprowadzenia technologii czystej energii.
sądzę że najważniejszym wynalazkiem i to nie tylko 2009 roku, ale wielu ostatnich lat — jest rozstrzygnięcie problemu niskoenergetycznego procesu rozkładu wody na wodór i tlen... jest to prawdziwy przewrót w energetyce, a jego wpływ na przyszłość świata wręcz trudno sobie wyobrazić.
Podobnie, profesor James Barber z Imperial College London, wybitny badacz procesu fotosyntezy, który nie brał udziału w pracach MIT-u, nazywa osiągnięcie swoich kolegów "gigantycznym skokiem" w kierunku masowego wprowadzenia technologii czystej energii.
To wielkie odkrycie o olbrzymim znaczeniu dla przyszłości ludzkości - mówi Barber. Nie można go przecenić, gdyż umożliwia opracowanie technologii, które zmniejszą naszą zależność od paliw kopalnych, a jednocześnie pomogą w walce ze zmianami klimatycznymi - dodaje.
Naukowcom z MIT-u z prof. Danielem Nocerą na czele po 10 latach pracy udało się po raz pierwszy w historii rozszczepić wodę na tlen i wodór w procesie niewymagającym wysokich energii. Akademicy opracowali także tanią i prostą metodę przechowywania energii. Uczeni, wzorując się na procesie fotosyntezy, odkryli sposób na łatwe robicie wody na tlen oraz wodór, które później można użyć w ogniwach paliwowych i wyprodukować energię elektryczną do zasilania budynków czy samochodów. Wszystkie szczegóły nie są jeszcze ujawnione. Akademicy stworzyli katalizator z kobaltu i fosforanu. Po przyłożeniu napięcia do elektrod, którego źródłem może być np. ogniwo fotowoltaiczne czy turbina wiatrowa, z wody uzyskujemy tlen. Jeśli do całego procesu dodamy jeszcze inny katalizator, na przykład platynę, uzyskamy też wodór. Metoda ta naśladuje proces, który zachodzi podczas fotosyntezy. Energię potrzebną do tego procesu dostarcza światło słoneczne.
Jego najważniejszą cechą jest fakt, iż przebiega w temperaturze pokojowej, w wodzie o neutralnym pH i jest łatwy do kontrolowania.
Obecnie używane przemysłowe procesy elektrolizy, dzięki którym przeprowadza się rozkład wody na tlen i wodór, mają spore wady w porównaniu z technologią Nocery. Wykorzystywane są w nich bowiem bardzo drogie elektrody, a cały proces przebiega w silnie zasadowym środowisku i wymaga znacznej energii. W niedalekiej przyszłości światło słoneczne z marginalnego zmieni się w główne źródło czystej energetyki.
Sam Nocera mówi, że prace jego zespołu to dopiero początek. Jego zdaniem naukowcy wykorzystają nową technologię i w ciągu 10 lat rozpocznie się rewolucja, której skutkiem będzie ograniczenie scentralizowanych systemów produkcji i dystrybucji energii. Każdy właściciel domu będzie mógł korzystać za dnia z energii słońca, której nadmiar zostanie wykorzystany do przeprowadzenia elektrolizy wody, dzięki czemu zapewni sobie energię wówczas, gdy słońce nie świeci.
Prof. Daniel Nocera wymyślił schemat, dzięki któremu będzie można korzystać z energii słonecznej w dzień jak i w nocy. Wszystko polega na tym, żeby tę energię w jakichś sposób przechować. „W przyszłości, jak twierdzi Nocera, będziemy aparaty do takiej właśnie elektrolizy montowali w każdym budynku. W dzień dom będzie zasilany energią słoneczną, jej nadmiar zostanie zużyty na rozłożenie wody na wodór i tlen. W nocy w ogniwie paliwowym wodór znów połączy się z tlenem i uzyskamy energię oraz wodę, która następnego dnia znowu zostanie rozbita na wodór i tlen. I tak w kółko.” Wytworzony prąd elektryczny może dostarczyć energii dla domu, a także ładować elektryczny samochód. Woda w całym systemie pracowałaby w obiegu zamkniętym.
Niestety Daniel Nocera musi jeszcze odkryć jakiś nowy sposób na oddzielenie wodoru od wody w dużo łatwiejszy sposób niż używany dotychczas: katalizatorem jest dosyć droga platyna.
Niestety Daniel Nocera musi jeszcze odkryć jakiś nowy sposób na oddzielenie wodoru od wody w dużo łatwiejszy sposób niż używany dotychczas: katalizatorem jest dosyć droga platyna.
Kolejnym problemem jest jeszcze to, w czym ten wodór i tlen będą przechowywane. Na razie naukowiec nie ma pomysłu na zbiornik, jednak stwierdził, że z pewnością będzie nad tym intensywnie myślał. Co jeszcze ciekawego, baterie słoneczne mają stanieć i to czterdziesto krotnie w przeciągu następnych kilku lat. A to wszystko dzięki kolejnemu naukowcu Marcu Baldo. Odkrył on iż dużo wydajniejsze jest zastosowanie mniejszej ilości ogniw w baterii słonecznej plus kolorowe szyby skupiające fale świetlne o różnej długości niż instalowanie wielu ogniw na jednej płaszczyźnie. Jego odkrycie może faktycznie zrewolucjonizować rynek baterii słonecznych.
Opisując ten wynalazek, nie sposób pominąć użycie paliwa wodorowego do napędu samochodów. Wodór jako paliwo przyszłości wielkimi krokami zaczyna wkraczać w nasze życie.
Samochody o napędzie wodorowym przestały być już zjawiskami dalekiej przyszłości a zaczęły być produkowane seryjnie. Honda w czerwcu 2008 roku przedstawiła produkcyjny model samochodu napędzanego ogniwem paliwowym CX Clarity . Jest to czteroosobowe auto o zasięgu około 400 km na jednym zbiorniku wodoru, co w przeliczeniu daje sprawność 3,6 litra na 100 km.
General Motors testuje samochód Chevy Equinoxes, również napędzany ogniwem paliwowym. Toyota FCHV z rekordowym zasięgiem ok. 800 km na jednym zbiorniku wodoru jest już do wypożyczenia w Japonii. Takich konceptów, mniej lub bardziej zaawansowanych, są dziesiątki.
Samochody o napędzie wodorowym przestały być już zjawiskami dalekiej przyszłości a zaczęły być produkowane seryjnie. Honda w czerwcu 2008 roku przedstawiła produkcyjny model samochodu napędzanego ogniwem paliwowym CX Clarity . Jest to czteroosobowe auto o zasięgu około 400 km na jednym zbiorniku wodoru, co w przeliczeniu daje sprawność 3,6 litra na 100 km.
General Motors testuje samochód Chevy Equinoxes, również napędzany ogniwem paliwowym. Toyota FCHV z rekordowym zasięgiem ok. 800 km na jednym zbiorniku wodoru jest już do wypożyczenia w Japonii. Takich konceptów, mniej lub bardziej zaawansowanych, są dziesiątki.
Podzielając pogląd Liberkowskiego i zdając sobie sprawę z uwarunkowań biznesowo-politycznych naszej rzeczywistości, boję się, że ten wynalazek może być zbyt wielki na to, żeby się szybko przyjął.
Trzeba też zaznaczyć, że nie rozwiązuje on problemu potopu samochodów, chociaż niewątpliwie ogranicza jego skutek ekologiczny. Jest jednak milowym krokiem dla ekologii w ogóle.
Opr. Leszek Korolkiewicz