Όταν συζητάμε για πιο πράσινους τρόπους τροφοδοσίας των αυτοκινήτων μας, αναδεικνύονται δύο βασικοί δρόμοι:
Τα ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία και τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) με κυψέλες καυσίμου υδρογόνου (HCEV) όπως το Toyota Mirai. Παρ’ ότι τα EV βρίσκονται στο επίκεντρο των δραστηριοτήτων, πλέον, των περισσότερων κατασκευαστών, τα HCEV έχουν αποδειχθεί πως είναι λιγότερο ρυπογόνα από τα βενζινοκίνητα οχήματα.
Αλλά, εδώ υπάρχουν πολλοί τρόποι παραγωγής υδρογόνου , και δεν είναι όλοι τόσο πράσινοι όσο θα θέλαμε. Αλλά οι νέες μέθοδοι παραγωγής αποτελούν το αντικείμενο μιας νέας μελέτης του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι έχουν βρει έναν τρόπο όχι μόνο να κάνουν την παραγωγή υδρογόνου πιο πράσινη, αλλά και φθηνότερη.
Πολύ πράσινο καύσιμο
Το υδρογόνο είναι ένα εξαιρετικό υποκατάστατο του πετρελαίου στους κινητήρες εσωτερικής καύσης. Μελέτες έχουν δείξει ότι είναι ένα πολύ πράσινο καύσιμο στην απόληξη της εξάτμισης και δεν θα χρειαζόταν πολύ για να μετατραπούν τα τρέχοντα αυτοκίνητα σε υδρογονοκίνητα, ώστε να κινούνται με το φυσικό και αρκετά άφθονο αυτό στοιχείο.
Το πρόβλημα, δυστυχώς, είναι πώς προμηθεύουμε αυτό το στοιχείο στις ποσότητες που χρειαζόμαστε αυτήν τη στιγμή . Το υδρογόνο παράγεται επί του παρόντος με μερικούς τρόπους, όπως η ηλεκτρόλυση (χρησιμοποιώντας ηλεκτρισμό για τον διαχωρισμό του υδρογόνου και του οξυγόνου από τα μόρια του νερού) ή από το φυσικό αέριο -και οι δύο έχουν μειονεκτήματα. Τι θα γινόταν, όμως, αν χρησιμοποιούσαμε τον ήλιο για να δημιουργήσουμε υδρογόνο; Σύμφωνα με το FuelCellWorks, το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν προτείνει έναν πιο αποτελεσματικό τρόπο για να το κάνει αυτό.
Η νέα διαδικασία ονομάζεται τεχνητή φωτοσύνθεση και παρόλο που δεν είναι μια νέα ιδέα, το καινούργιο πείραμα δείχνει τεράστια βελτίωση στην αποτελεσματικότητα, ακόμη μεγαλύτερη από τη φυσική φωτοσύνθεση. Η διαδικασία περιλαμβάνει καταλύτες ημιαγωγών και απαιτεί θερμότητα για να γίνει η διαδικασία ταχύτερη και να αποτραπεί η επανασύνδεση του οξυγόνου και του υδρογόνου μαζί.
Το νέο πείραμα
Βέβαια, η θερμότητα που απαιτείται είναι πολύ μεγάλη για να την αντέξουν οι τρέχοντες ημιαγωγοί. Αποδεικνύεται ότι ένα άλλο μέρος της λύσης ήταν η συρρίκνωση του ημιαγωγού. «Μειώσαμε το μέγεθος του ημιαγωγού κατά περισσότερες από 100 φορές σε σύγκριση με ορισμένους ημιαγωγούς που λειτουργούν μόνο σε χαμηλή ένταση φωτός», είπε ο Πενγκ Ζου, ο οποίος είναι ερευνητής υπολογιστών και ηλεκτρολόγων μηχανικών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και πρώτος συγγραφέας της σχετικής μελέτης. Η ομάδα χρησιμοποίησε, επίσης, την τεχνολογία ημιαγωγών «αυτοθεραπευτικής» και δοκίμασε τη διαδικασία σε μια πηγή φωτός 160 φορές πιο ισχυρή από το ηλιακό φως στη γη. Χρησιμοποιεί αποτελεσματικά μέρος του εισερχόμενου φωτός για να θερμάνει το νερό και το άλλο για να διασπάσει τα μόρια του νερού -αυτό σημαίνει περισσότερο υδρογόνο για τη συγκομιδή και μεγάλη ώθηση στη συνολική απόδοση.
Ενώ η θεωρία είναι καλή, το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν χρειάστηκε να πραγματοποιήσει το πείραμα για να αποδείξει ότι λειτουργεί και, μάλιστα, στον πραγματικό κόσμο. Ένα από τα δύο πειράματα έγινε σε εξωτερικούς χώρους και με χρήση φυσικού φωτός που ενισχύεται από έναν φακό στο μέγεθος ενός κοινού παραθύρου. Το φως εστιάζεται στον καταλύτη ημιαγωγών που είχε ένα στρώμα νερού πάνω του, το οποίο στη συνέχεια άρχισε να απελευθερώνει τα αέρια υδρογόνο και οξυγόνο. Ο ημιαγωγός είναι κατασκευασμένος από νιτρικό γάλλιο ινδίου που αναπτύχθηκε σε επιφάνεια πυριτίου.
Σε αυτόν τον πραγματικό κόσμο, στην υπαίθρια δοκιμή, αυτή η τεχνητή φωτοσύνθεση κατάφερε να επιτύχει 6,1% απόδοση στη μετατροπή του νερού σε υδρογόνο, η οποία είναι σχεδόν 10 φορές πιο αποτελεσματική από τα ηλιακά πειράματα διάσπασης νερού. Όταν έκαναν το πείραμα σε εσωτερικούς χώρους, αύξησε την απόδοσή του στο 9%. Το επόμενο βήμα είναι η περαιτέρω βελτίωση της απόδοσής του και η αύξηση της καθαρότητας του υδρογόνου.
Εάν μπορούν να το κάνουν αυτό, θα επιτρέψει σε αυτή τη μορφή τεχνητής φωτοσύνθεσης να τροφοδοτήσει υδρογόνο απευθείας στις κυψέλες καυσίμου και να μειώσει την επιπλέον χρήση ενέργειας και το κόστος που συνεπάγεται αυτή η διαδικασία. «Στο τέλος», είπε ο Ζέτιαν Μι, καθηγητής ηλεκτρολογίας και μηχανικής υπολογιστών του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και επικεφαλής της μελέτης, «πιστεύουμε ότι οι συσκευές τεχνητής φωτοσύνθεσης θα είναι πιο αποτελεσματικές από τη φυσική φωτοσύνθεση, η οποία θα παρέχει μια πορεία προς την ουδετερότητα του άνθρακα ».