Ten ostatni ma nad paliwami kopalnymi podstawową przewagę: jego spalanie nie prowadzi do powstawania szkodliwych dla środowiska związków, takich jak metan czy dwutlenek węgla. Oczywiście niektóre metody produkcji wodoru korzystają z paliw kopalnych, dlatego na wagę złota są technologie, które działają w inny sposób. Do osiągnięcia wysokiej wydajności w tym zakresie prowadzi rozwiązanie zaimplementowane przez naukowców z Ludwig-Maximilians-Universität w Monachium.
Czytaj też: Energia nuklearna a zasoby wodne. Ten reaktor jądrowy rozwiązuje ogromny problem
Jak twierdzą, zaprojektowane przez nich nanostruktury zapewniają wysoką wydajność w zakresie produkcji zielonego wodoru. Proces ten wykorzystuje światło słoneczne i może zostać wykorzystany w odniesieniu do ogniw oraz fotokatalizatorów. Dotychczas podstawowym ograniczeniem był w tym zakresie fakt, jak wyjaśnia główny autor badań, że światło słoneczne dociera na Ziemię “rozcieńczone”. Aby dało się je wykorzystać panele słoneczne muszą pokrywać relatywnie duże obszary.
O szczegółach proponowanego rozwiązania inżynierowie z Monachium – współpracujący z przedstawicielami Instytutu Fritza Habera w Berlinie, Wolnego Uniwersytetu w Berlinie i Uniwersytetu w Hamburgu – piszą na łamach Nature Catalysis. Owocem ich wspólnych wysiłków stał się dwuwymiarowy superkryształ, który pozwala na produkcję wodoru z kwasu mrówkowego przy udziale światła słonecznego.
Superkryształy wykonane z nanocząstek złota i platyny mają stanowić o przyszłości produkcji paliwa wodorowego z udziałem światła słonecznego
Wydajność opisywanego rozwiązania jest tak wysoka, iż członkowie zespołu badawczego mówią o rekordowych w skali świata wynikach. Superkryształy powstają z wykorzystaniem nanocząstek metalowych, na przykład złota, choć w grę wchodzą także inne, między innymi srebro, miedź, magnez czy aluminium. Są to tzw. metale plazmoniczne, w których dochodzi do silnych oddziaływań ze światłem widzialnym, co wywołuje rezonansowe oscylacje. W takich okolicznościach elektrony bardzo szybko przemieszczają się z jednej strony nanocząstki na drugą, co jest określane mianem momentu dipolowego.
W konsekwencji nanocząstki mogą wychwytywać więcej światła słonecznego, by później przekształcać je w elektrony o bardzo wysokiej energii i napędzać reakcje chemiczne. Układając nanocząstki złota w bardzo niewielkich odległościach od siebie, członkowie zespołu badawczego sprawili, że doszło do maksymalizacji interakcji na linii światło-materia. Wzrost absorpcji światła był wielokrotny, ale na tym naukowcy się nie zatrzymali.
Czytaj też: Tego zabezpieczenia nie da się złamać. Chiny i Rosja testują komunikację kwantową
Wykorzystali nanocząstki platyny w przestrzeniach między nanocząstkami złota. Pozwoliło to na prowadzenie reakcji polegającej na przekształcaniu kwasu mrówkowego w wodór. Tempo produkcji tego paliwa wyniosła 139 milimoli na godzinę na gram katalizatora, co stanowi rekordowy rezultat. W długofalowej perspektywie ma to pozwolić na uzyskanie kuszącej alternatywy dla obecnie stosowanych paliw kopalnych.
