Cały pomysł został szerzej zaprezentowany w Nature Nanotechnology, gdzie jego autorzy wyjaśniają, jak pływająca matryca fotokatalityczna umożliwia zachodzenie wydajnej reakcji prowadzącej do powstawania wodoru. Dotychczas sproszkowany katalizator bądź nanocząstki umieszczano na różnych powierzchniach zanurzonych pod wodą.
Czytaj też: To pierwszy taki tranzystor na świecie. Wykonali go z drewna
Produkcja wodoru jest oczywiście szczególnie pożądana z punktu widzenia odnawialnych źródeł energii oraz walki ze zmianami klimatu. Szukając najlepszych sposobów na pozyskiwanie takiego paliwa, naukowcy skupiają się na zwiększaniu wewnętrznej wydajności fotokatalizatorów. Niestety, takie analizy – poświęcone układom fotokatalitycznym, które pozwoliłyby na ich komercjalizację – nie zostały jeszcze aktywnie zbadane.
Pływająca platforma fotokatalityczna mogłaby w przyszłości produkować wodór na masową skalę
Wśród dotychczasowych problemów, na jakie napotykali inżynierowie projektujący fotokatalizatory, wymienia się między innymi ich wymywanie, słaby transfer masy i reakcje odwracalne. Poza tym konieczne było stosowanie dodatkowych urządzeń do oddzielania i zbierania wygenerowanego wodoru z wody, przez co cały proces stawał się bardziej złożony i kosztowny.
Rozwiązaniem przynajmniej części tych ograniczeń miałaby być fotokatalityczna platforma unosząca się na wodzie. Posiada ona dwuwarstwową strukturę składającą się z górnej warstwy fotokatalitycznej i dolnej warstwy wspierającej. W skład obu wchodzi porowaty polimer strukturalny nadający całej strukturze wysokie napięcie powierzchniowe. Ze względu na formę krioaerożelu, czyli substancji stałej wypełnionej wewnątrz gazem, platforma ma zaskakująco niską gęstość.
Unosząca się na wodzie struktura zapobiega tłumieniu światła przez wodę, zwiększając tym samym wydajność konwersji energii słonecznej. Poza tym, wodór w formie gazu może być łatwo rozpraszany w powietrzu, dzięki czemu nie dochodzi do reakcji odwrotnego utleniania, natomiast woda może być łatwo dostarczana do katalizatorów umieszczonych wewnątrz matrycy elastomerowo-hydrożelowej dzięki jej porowatości. Wśród innych zalet można też wymienić fakt, iż katalizatory są stabilnie unieruchomione wewnątrz matrycy – to ogranicza ryzyko ich wymywania.
Czytaj też: Biopaliwa przyszłości. Tak będziemy zasilać samochody
W czasie testów okazało się, iż platforma – z użyciem katalizatorów z pojedynczego atomu miedzi i tytanu o powierzchni 1 metra kwadratowego – może wyprodukować około 80 ml wodoru. Po dwóch tygodniach działania w wodzie morskiej cała struktura nie wykazała spadku wydajności. Na szczególną uwagę zasługuje możliwość skalowania takich urządzeń, za sprawą której mogłyby one zostać wykorzystane do produkcji ekologicznych paliw na dużą skalę.
Proponowana platforma może nawet produkować wodór z roztworów, które rozpuszczają odpady domowe, takie jak butelki z politereftalanu etylenu. W efekcie platforma może być rozwiązaniem dla recyklingu odpadów, co przyczynia się do rozwoju społeczeństwa przyjaznego środowisku. […] Badanie to stanowi ogromny postęp w dziedzinie fotokatalizy i pokazuje potencjał ekologicznej produkcji wodoru na morzu z wydajnością na światowym poziomie. podsumowuje Hyeon Taeghwan, który kierował badaniami
