Remek trükk az éjjel-nappal napelem

Súlyos egészségügyi következményei lehetnek a tartós hőhullámoknak

Hogyan lehet kiküszöbölni a napelemek legnagyobb hátrányát? Ha egy másik zöld energiaforrással, egy olcsó üzemanyagcellával építjük össze, és máris éjszaka is tudunk áramot termelni. Nem valószínű, hogy a megoldás már jövőre megjelenik a boltokban, de jól mutatja, milyen hatalmas lehetőségek vannak a megújuló energiában.

Egy napelem és egy üzemanyagcella párosításából született az az újszerű energiaforrás, amelyet a Stanford Egyetem kutatói kísérleteztek ki. A kérdés az volt, ki lehet-e küszöbölni azt, hogy a napelem éjszaka nem termel áramot. A válasz igen: kell hozzá egy hidrogént használó üzemanyagcella, és valami, ami oxigénné és hidrogénné bontja a vizet. A hidrogén azért ideális üzemanyag, mert csupán tiszta víz az égésterméke.

A Stanford kutatói gyakorlatilag egy vízbontó készüléket építettek. A vízbe két, szilícium félvezetőből készült elektródát helyeztek, majd zárták az áramkört. Az elektródák elnyelik a napfényt, és energiájának, valamint a napelem termelte áram segítségével oxigénre és hidrogénre bontják a vizet. Az oxigént kiengedik a levegőbe, míg a hidrogént tárolják.

A napelemből, vízbontóból és üzemanyagcellából kombinált egység éjjel-nappal működik. Nappal az áram egy része közvetlenül a fogyasztóhoz megy, másik része pedig a vízbontóba. Éjszaka a napelemnek nincs szerepe, a hidrogént felhasználva az üzemanyagcella adja le az áramot. A cellában a hidrogén vízmolekulát alkot az oxigénnel, és közben elektromos energia keletkezik. Az egységet nappal is be lehet kapcsolni, amikor a fogyasztó csúcsidőszakban több áramot használna, mint amennyit a napelem önmagában megtermel.

A kísérleti napelemnek mindegy, hogy tűző napsütés van, vagy éjszaka Forrás: AFP/Imaginechina

A teljes folyamat fenntartható módon zajlik, és nincs károsanyag-kibocsátás, csupán némi víz. „Így minimalizálható lenne a kőszénen vagy földgázon alapuló, tehát nem megújuló forrásból származó energiatermelés” – mondta a kutatást ismertető tanulmány vezető szerzője, Hong Jie Dai, a Stanford kémiaprofesszora. A közlemény a Science folyóiratban jelent meg.

Jöjjön a nikkel!

Azért egyre nagyobb az érdeklődés a vizes áramtermelés iránt, mert tiszta és gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrásról van szó. A vízbontók és az üzemanyagcellák elterjedésének eddig az volt a legfőbb akadálya, hogy platinát is kellett használni hozzájuk, tehát drágák voltak.

A napelemekben is alkalmazott olcsó szilícium az elektródák ideális alapanyaga lenne, csakhogy az elektrolitoldatba merítve azonnal korrodálódni, mállani kezd, amint megkezdődik a vízbontás. „Az anyag gyakorlatilag azonnal degradálódni kezd” – mondta Michael J. Kenney, a tanulmány társszerzője.

A Stanford egy másik kutatócsoportja ezt a problémát 2011-ben úgy próbálta kiküszöbölni, hogy a szilícium elektródát ultravékony titán-dioxid- és irídiumfilmmel vonták be, mellyel nyolc órán át ellenállt a korróziónak. Ez azonban rendkívül drága, illetve még mindig nagyon rövid távra szóló megoldás.

Így jutottak el a nem korrodálódó nikkelhez. Ez az átmenetifém viszonylag olcsón rendelkezésre áll, és oxigénképző katalizátorként viselkedik. Dai és kollégái két nanométer vékony bevonattal látták el a szilícium elektródot, és a másik elektródával párban káliumborát oldatba merítették. Fény és elektromos áram hatására az elektródáknál megkezdődött a vízmolekulák felbontása. Az elektrolízis csak 24 óra múlva állt le, korróziónak nem volt jele.

Az eljárás hatásfokát növelendő Dai lítiumot adagolt a vizes oldatba, és ezek után a folyamat 80 órán át zajlott. Világszerte ritkaságszámba megy az ilyen hosszú vízbontó reakció. „A nikkelbevonat nemcsak a korrózió ellen véd, hanem katalizátorként fel is gyorsítja a dolgokat, a vízbontás ugyanis lomha folyamat” – mondta Dai. „Edison óta használnak lítiumot, hogy javítsák a nikkelakkumulátorok hatásfokát. Izgalmas volt látni, hogy a régi trükk a vízbontás során is működik.”