Kann man Sonnenenergie in Rost und Wasser speichern?

Was wäre, wenn Sie ein Auto nur mit Gartenschnitt und abgelaufener Diätlimonade fahren könnten?

Was wäre, wenn Sie die Energie der Sonne in Rost einfangen und dann in Wasserstoff umwandeln könnten?

Da Öl teurer wird und die Umweltaspekte von Abbauprozessen wie Fracking in Frage gestellt werden, ist der Wettlauf um kostengünstige und saubere Energie im Gange. Manchmal wird das Energie-Brainstorming etwas verrückt (wie diese erste Idee, die Sie gerne ausprobieren sollten). Letztere Idee ist jedoch nicht der benommene Gedanke eines verrückten Wissenschaftlers. Es ist eigentlich der sehr rationale Prozess einiger extrem intelligenter und ausgesprochen vernünftiger Wissenschaftler. Besser noch, sie haben es billig gemacht.

Die Idee, Wasserstoff aus Sonnenenergie zu erzeugen, gibt es eigentlich schon länger. Wissenschaftler der Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz haben ursprünglich in den 1990er Jahren einen Weg gefunden, Wasserstoff nur aus Wasser herzustellen. Während es so klingt, als wäre es ein Durcheinander von wissenschaftlichem Jargon, Wassermoleküle aufzubrechen und sie in Wasserstoff und Sauerstoff umzuwandeln, ist es eigentlich ziemlich einfach zu verstehen. Im Wesentlichen wird nur ein Halbleiter verwendet, der die Reaktion zur Erzeugung von Sauerstoff erzeugt, und eine Solarzelle , die dann den Wasserstoff freisetzt. Und natürlich dürfen wir die überaus wichtigen Elektronen nicht vergessen. Oder das Licht. (Keine Sorge, darauf gehen wir auf der nächsten Seite näher ein.)

Wie gesagt, das Schweizer Kontingent hat diesen Prozess bereits vor zwei Jahrzehnten erfolgreich bewältigt. Doch 2012 stellten sie sich der Herausforderung, ohne extrem teures Equipment auszukommen. Wie teuer? Einem US-Team gelang es, ein ähnliches Produkt mit einem Wirkungsgrad von 12,4 Prozent herzustellen – eine große Zahl, da es bedeutet, dass sie 12,4 Prozent des Sonnenlichts in Wasserstoff umwandeln konnten. Unglücklicherweise führte das Produkt zu einem Preis von 10.000 $ pro 10 Quadratzentimeter Oberfläche, der die Luft zum Atmen verleitet [Quelle: Pousaz ]. Nicht gerade wettbewerbsfähige Verbraucherpreise.

Warum in aller Welt sagen die Wissenschaftler optimistisch voraus, dass sie einen Prototyp mit 10 Prozent Effizienz zu einem Preis von 80 US-Dollar pro Quadratmeter herstellen können [Quelle: Pousaz ]?

Nun, da wir festgestellt haben, dass – ja – wir Sonnenenergie in Rost und Wasser speichern können, sollten wir wahrscheinlich ein wenig zurückgehen und mehr darüber erklären, wie Wissenschaftler in der Schweiz das tatsächlich bewerkstelligt haben.

Wie gesagt, das Gerät enthält einen Oxidhalbleiter und eine farbstoffsensibilisierte Solarzelle . Die Sauerstoffentwicklung (der Prozess der Gewinnung von molekularem Sauerstoff aus einer chemischen Reaktion) findet auf der Rostfotoanode statt (wo der Strom hineinfließt) und die Wasserstoffentwicklung findet auf der Kathodenseite des Geräts statt (wo der Strom abfließt). Wenn diese Reaktionen stattfinden, werden die Elektronen in der farbstoffsensibilisierten Zelle eingefangen, wo sie eine Ladung erzeugen, und der Wasserstoff kann aus dem Wasser extrahiert werden. Und voila – Energie wird gespeichert.

Aber wie gesagt, der Preis, nicht der Prozess, war lange Zeit die größte Herausforderung. Anstatt einen schicken Halbleiter zu verwenden (der die Sauerstoffentwicklung einleitet), entschied sich das Team für billigen, leicht zu findenden Rost. Leider ist Rost auch ein ziemlich schrecklicher Halbleiter. Forscher des Israel Institute of Technology (Technion) versuchen ebenfalls, dieses Problem zu lösen, indem sie eine ultradünne Rostschicht in einer Solarzelle erzeugen, die effizienteres Halbleitersilizium kombiniert [Quelle: Focus ]. Ebenso ist der Rost, den die EPFL-Forscher verwenden, eigentlich Designer-Eisenoxid, dem Siliziumoxid hinzugefügt wird, das dann mit einer Schicht aus Aluminium- und Kobaltoxid überzogen wird, die die Reaktionsleistung verbessert.

Das bedeutet, dass Wissenschaftler einen Weg gefunden haben, Strom und Wasserstoff zu erzeugen, die gespeichert werden können, um sie jederzeit zu verwenden – nicht nur, wenn die Sonne scheint.

Ziemlich cool, oder? Denken Sie darüber nach, während Sie den Rasen mähen und Diätlimonade tuckern.

Wasserstoffproduktion in Ihrer Handfläche

Photoelektrochemische Neugier geweckt? Sie können sich dieses kurze Video von den EPFL-Leuten ansehen.

Anmerkung des Autors: Kann man Sonnenenergie in Rost und Wasser speichern?

Es ist ziemlich aufregend, sich vorzustellen, dass die Wissenschaft der Nutzung von Solarenergie – die immer als Energie der sauberen Zukunft gebrandmarkt wurde – wirklich große Fortschritte macht. Und während es eine Sache ist, sich ein umfassendes Bild von der Effizienz zu machen, ist es eine andere, wenn Wissenschaftler sich der Herstellung einer billigen Version widmen, die die Verbraucher tatsächlich verwenden können. Vielleicht setzt sich die Idee durch, und ich kann endlich dieses Auto bekommen, das mit abgelaufener Diätlimonade läuft.

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