Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Πολιτείας του Όρεγκον ανέπτυξαν μια νέα οικογένεια υλικών που αξιοποιούν το φως για την παραγωγή υδρογόνου από το νερό, ανοίγοντας νέες προοπτικές για τη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε καθαρή ενέργεια.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον Κυριάκο Στυλιανού, δημιούργησε έναν φωτοκαταλύτη που επιτρέπει τη γρήγορη και αποτελεσματική παραγωγή υδρογόνου. Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Journal of the American Chemical Society.
Ένας ευαίσθητος στο φως δεσμός θείου
Η έρευνα εστίασε σε ένα μεταλλοοργανικό πλέγμα (MOF) με την ονομασία BVR-19. Το υλικό αυτό διαθέτει ένα ιδιαίτερο δομικό χαρακτηριστικό: έναν δεσμό θείου-θείου που διασπάται παροδικά κατά την έκθεση στο φως, δημιουργώντας δραστικές μορφές θείου.
«Το οργανικό τμήμα επιτελεί τη σημαντική εργασία», δήλωσε ο Κυριάκος Στυλιανού, διευθυντής του Εργαστηρίου Ανακάλυψης Υλικών (MaD Lab) στο OSU. «Αντί να βασίζεται κυρίως στα άτομα μετάλλου, το υλικό μας χρησιμοποιεί τα οργανικά δομικά στοιχεία που περιέχουν θείο για να δεσμεύσει τη φωτεινή ενέργεια και να μεταφέρει τα ηλεκτρόνια εκεί όπου χρειάζονται για την παραγωγή υδρογόνου».
Η προσέγγιση αυτή εξαλείφει την ανάγκη για πρόσθετους, αριστοκρατικούς και ακριβούς μεταλλικούς καταλύτες, απλοποιώντας τον σχεδιασμό μελλοντικών συστημάτων. Επιπλέον, το BVR-19 σχηματίζεται αυθόρμητα σε υδατικά διαλύματα σε θερμοκρασία δωματίου, προσφέροντας ενεργειακό πλεονέκτημα κατά τη συνθετική διαδικασία.
Κανόνες σχεδιασμού για πράσινο υδρογόνο
Η παραγωγή υδρογόνου μέσω φωτοκατάλυσης αποτελεί μια καθαρή εναλλακτική απέναντι στην παραδοσιακή αναμόρφωση μεθανίου με ατμό, η οποία παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Σήμερα, το πράσινο υδρογόνο κοστίζει περίπου 5 δολάρια ανά κιλό, έναντι 1.50 δολαρίου για το υδρογόνο από ορυκτά καύσιμα.
Αλλάζοντας το μέταλλο στον σκελετό του πλέγματος ενώ διατηρούσαν τη δομή σταθερή, οι ερευνητές διαπίστωσαν τους λόγους για τους οποίους ορισμένες εκδοχές του υλικού λειτουργούν πολύ πιο αποτελεσματικά. Τα ευρήματα αυτά παρέχουν νέους κανόνες σχεδιασμού για τη δημιουργία πιο αποδοτικών υλικών, με στόχο τη μείωση του κόστους παραγωγής ηλιακών καυσίμων.