Innowacyjny system zmieniający światło słoneczne w paliwo
Energia słoneczna jest powszechnie dostępna, jednak największą przeszkodą uniemożliwiającą pełne wykorzystanie jej potencjału jest fakt, iż Słońce nie świeci w danym regionie przez całą dobę. Z tego powodu konieczne jest opracowanie skutecznych i tanich sposobów magazynowania tej odnawialnej energii. Jedną z najbardziej zrównoważonych metod jest bezpośrednia konwersja wody w wodór przy użyciu światła słonecznego. Wodór ten można następnie spożytkować bezpośrednio jako paliwo lub poddać dalszemu przetwarzaniu na ciekłe węglowodory. Fotoelektrochemiczny rozkład wody (PEC) – proces, w którym molekuły wody rozpadają się na tlen i wodór pod wpływem energii słonecznej – wydaje się być obiecującą technologią jego wytwarzania. Naukowcy uczestniczący w finansowanym z funduszy UE projekcie PECDEMO (Photoelectrochemical demonstrator device for solar hydrogen generation) stworzyli więc system PEC do produkcji wodoru przy użyciu energii pochodzącej ze Słońca. To wysoko wydajne, skalowalne słoneczne urządzenie do rozkładania wody wykorzystuje dostępne pod dostatkiem surowce, zaś zastosowane technologie bazujące na absorpcji światła i elektrolizie zmniejszają koszty BoS (Balance of System). Wyniki przeprowadzonej analizy techniczno-ekonomicznej wskazują, że w określonych warunkach taki system może z powodzeniem konkurować z instalacjami będącymi połączeniem systemów fotowoltaicznych z elektrochemicznymi. W nowych, hybrydowych urządzeniach tandemowych do rozkładu wody pod wpływem energii słonecznej jako absorbery górne wykorzystano stabilne fotoelektrody bazujące na tlenkach metali, zaś jako absorbery dolne – wysoko wydajne ogniwa słoneczne. Stabilność i trwałość fotoelektrod zwiększono w drodze funkcjonalizacji z użyciem wydajnych elektrokatalizatorów, selektywnych warstw transportujących i powłok ochronnych, jak również poprzez właściwy dobór roztworów elektrolitycznych i warunków pracy. Mimo skutecznego wykorzystania z innowacyjnym systemie PECDEMO, ta bazująca na PEC technologia solarnego rozkładu wody jest jeszcze daleka od komercjalizacji, głównie ze względu na słabą skuteczność konwersji na dużą skalę. Ponadto dostosowanie systemu tak, aby spełniał on wszystkie trzy wymagania (wydajności, stabilności i skalowalności) nadal stanowi wyzwanie. Projekt PECDEMO zmienił granice rzeczywistych zastosowań energii słonecznej, a jego pionierskie wyniki pomogły zidentyfikować i pokonać limity, jak również wytyczyć nowe podstawy dla przyszłych rozwiązań bazujących na PEC i ogniwach słonecznych.
Słowa kluczowe
Energia słoneczna, wodór, fotoelektrochemiczny, rozpad wody, PECDEMO
