aerozel-wodor

Nowy aerożel opracowany na Politechnice w Zurychu jest w stanie 70-krotnie zwiększyć produkcję wodoru

Naukowcom ze szwajcarskiego laboratorium ETH Zurich udało się stworzyć nowy rodzaj aerożelu, który jako fotokatalizator jest w stanie znacznie zwiększyć wydajność sztucznej fotosyntezy, czyli procesu rozkładu wody na tlen i wodór za pomocą światła słonecznego.

Technicznie rzecz biorąc sztuczna fotosynteza jest tak naprawdę procesem fotolizy wody. Zacznijmy jednak od aerożeli, czyli super-lekkich materiałów, dla których wynajdujemy coraz nowsze zastosowania. Jednym z nich jest wykorzystywanie aerożeli właśnie w formie fotokatalizatorów, które – wystawione na działanie światła słonecznego – przyspieszają, czy wręcz umożliwiają niektóre reakcje chemiczne.

Na przykład do produkcji wodoru w procesie fotolizy wody najlepszym fotokatalizatorem jest dwutlenek tytanu (TiO2). Ma on jednak jedną, dość poważną wadę – jest w stanie pochłaniać tylko promieniowanie ultrafioletowe, a więc dość wąski wycinek (ok. 5 proc.) z całego spektrum światła słonecznego. Wada ta sprawia oczywiście, że wykorzystanie dwutlenku tytanu w skalowalnych i przemysłowych modelach produkcji wodoru nie ma na razie sensu. Gdyby jednak udało się sprawić, że tego rodzaju fotokatalizator korzystałby z szerszego spektrum światła słonecznego…

I nad tym właśnie pracuje zespół naukowców z ETH Zurich pod kierownictwem profesora Markusa Niederbergera, specjalisty od materiałów wielofunkcyjnych. Zaczęło się właściwie od przypadkowego odkrycia jednej z doktorantek – Laury Kwon, która odkryła, że dodanie atomów azotu do nanocząstek TiO2 podczas tworzenia aerożelu sprawia, że azot wypiera z jego struktury atomy tlenu, a sam aerożel jest zdolny do pochłaniania widocznych części widma słonecznego. Domieszka atomów azotu nie wpływa też w jakikolwiek sposób na porowatą strukturę samego aerożelu.

Tak wygląda nowy aerożel

Przypadkowe odkrycie zostało następnie zmodyfikowane już w pełni świadomie – Kwon dodała do swojego aerożelu niewielką ilość palladu. Ten metal szlachetny odgrywa kluczową rolę w fotokatalitycznej produkcji wodoru. Tak przygotowana substancja była gotowa do testów w specjalnym reaktorze, w którym naukowcy zmusili parę wodną i metanol do dyfuzji, czyli przenikania przez pory testowanego aerożelu.

Wyniki tego wstępnego testu wyglądają bardzo obiecująco. Nowy rodzaj aerożelu okazał się być bardzo wydajnym fotokatalizatorem, dzięki któremu udało się pozyskać 70 razy więcej wodoru. Co więcej, cały proces okazał się być bardzo stabilny. Co prawda sam eksperyment nie trwał zbyt długo – testy nowego rodzaju aerożelu trwały zaledwie pięć dni, jednak naukowcy z ETH Zurich uważają, że proces ten zachowałby swoją stabilność o wiele dłużej, co jest dość ważną kwestią, jeśli chodzi o zastosowania przemysłowe. Kto wie, być może aerożele z dwutlenku tytanu, azotu i palladu okażą się być tak wydajnymi fotokatalizatorami, że zaczniemy wykorzystywać je do masowej produkcji wodoru, co rozwiązałoby nam sporo problemów energetycznych. Na razie jednak był to jeden udany eksperyment.