นักวิทยาศาสตร์ในญี่ปุ่นได้สาธิตเครื่องปฏิกรณ์พิสูจน์แนวคิดใหม่ที่สามารถเก็บเกี่ยวเชื้อเพลิงไฮโดรเจนหมุนเวียนจากแสงแดดและน้ำ
เครื่องปฏิกรณ์ใหม่ขนาด 1,076 ตารางฟุต (100 ตารางเมตร) ใช้แผ่นโฟโตคะตาไลติกเพื่อแยกอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนที่พบในโมเลกุลของน้ำ จากนั้นจึงดูดไฮโดรเจนออกไปเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง
ในขณะที่เทคโนโลยียังอยู่ในช่วงเริ่มต้น นักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการวิจัยกล่าวว่า หากสามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นได้ ความก้าวหน้าของพวกมันจะช่วยให้สามารถผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนราคาถูกและยั่งยืนได้ เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานต่างๆ พวกเขาตีพิมพ์ผลการค้นพบของพวกเขาในวันที่ 2 ธันวาคมในวารสารพรมแดนทางวิทยาศาสตร์-
"การแยกน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยแสงแดดโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงเป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสำหรับการแปลงและกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสารเคมี และการพัฒนาล่าสุดในด้านวัสดุและระบบโฟโตคะตาไลติกทำให้เกิดความหวังในการตระหนักรู้" ผู้เขียนอาวุโสโดเมนคาซูนาริศาสตราจารย์วิชาเคมีที่มหาวิทยาลัยชินชูในประเทศญี่ปุ่นกล่าวในแถลงการณ์- “อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทายอีกมากมาย”
เมื่อสัมผัสกับแสง ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงจะเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จะสลายโมเลกุลของน้ำลงไปเป็นส่วนที่เป็นส่วนประกอบ อย่างไรก็ตาม ตัวเร่งปฏิกิริยา "ขั้นตอนเดียว" ที่มีอยู่ส่วนใหญ่ ซึ่งสลายน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนในคราวเดียว นั้นไม่มีประสิทธิภาพอย่างมาก ทำให้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนส่วนใหญ่ต้องถูกกลั่นโดยใช้ก๊าซธรรมชาติซึ่งเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิล
ที่เกี่ยวข้อง:
เพื่อหาทางก้าวข้ามทางตันนี้ นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังการศึกษาใหม่นี้ได้ตรวจสอบตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่ใช้กระบวนการสองขั้นตอนที่ซับซ้อนมากขึ้น โดยขั้นตอนหนึ่งจะแยกออกซิเจนออก และขั้นตอนต่อไปจะกำจัดไฮโดรเจนออก
การสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตาลิสต์สำหรับกระบวนการนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบซึ่งทำงานเป็นเวลาสามปีและทำงานได้ดียิ่งขึ้นเมื่อใช้แสงแดดจริงมากกว่าแสงอัลตราไวโอเลตที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ
"ในระบบของเรา การใช้โฟโตคะตาลิสต์ที่ตอบสนองต่อรังสีอัลตราไวโอเลต ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์จะสูงขึ้นประมาณหนึ่งเท่าครึ่งภายใต้แสงแดดธรรมชาติ" ผู้เขียนคนแรกทาคาชิ ฮิซาโตมินักวิจัยจากมหาวิทยาลัยชินชู กล่าวในแถลงการณ์ "แสงแดดมาตรฐานจำลองใช้สเปกตรัมจากบริเวณละติจูดสูงเล็กน้อย ในพื้นที่ที่แสงแดดธรรมชาติมีส่วนประกอบที่มีความยาวคลื่นสั้นมากกว่าแสงแดดอ้างอิงจำลอง ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์อาจสูงกว่านี้"
แม้จะมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น แต่ประสิทธิภาพของปฏิกิริยายังต่ำเกินไปสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์
“ปัจจุบัน ประสิทธิภาพภายใต้แสงแดดมาตรฐานจำลองจะดีที่สุด 1% และจะไม่มีประสิทธิภาพถึง 5% ภายใต้แสงแดดธรรมชาติ” ฮิซาโตมิกล่าว
เพื่อก้าวสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพ นักวิทยาศาสตร์ได้เรียกร้องให้ผู้อื่นสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงที่ดีขึ้นและเครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่ขึ้น การทำงานด้านความปลอดภัยก็มีความสำคัญเช่นกัน: การกลั่นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่เกิดจากการระเบิดออกซีไฮโดรเจน ซึ่งสามารถกำจัดได้อย่างปลอดภัยในกระบวนการสองขั้นตอน
"สิ่งสำคัญที่สุดในการพัฒนาคือประสิทธิภาพของการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสารเคมีโดยตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตะลิสต์" Domen กล่าว "หากได้รับการปรับปรุงไปสู่ระดับการปฏิบัติจริง นักวิจัยจำนวนมากจะทำงานอย่างจริงจังในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตจำนวนมากและกระบวนการแยกก๊าซ รวมถึงการก่อสร้างโรงงานขนาดใหญ่ สิ่งนี้จะเปลี่ยนวิธีคิดของผู้คนจำนวนมาก รวมถึงผู้กำหนดนโยบายด้วย การแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ และเร่งการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน กฎหมาย และกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับเชื้อเพลิงพลังงานแสงอาทิตย์”
