„Nanopuud“ püüavad päikeseenergiat ja muudavad vee vesinikkütuseks

California Ülikooli elektriinsenerid ehitavad imeväikestest nanojuhtmetest valmistatud „metsa“. Selle metsa abil loodavad nad fossiilseid kütuseid kasutamata püüda „puhtalt“ päikeseenergiat ning seda vesinikkütuse tootmiseks koguda. Teadustöö meeskond avaldas oma uurimustöö tulemused teadusajakirjas Nanoscale. Teadlaste sõnul võimaldavad nanojuhtmed, mida valmistatakse külluslikult leiduvatest ainetest, näiteks ränist ja tsinkoksiidist, vesinikkütust suureskaalaliselt laiali kanda.

„Tegemist on puhta meetodiga puhta kütuse tootmiseks,“ väitis professor Deli Wang uudisteportaali Physorg.com vahendusel.

Wangi sõnul on maksimaalse päikeseenergia koguse püüdmise võtmeteguriteks puude vertikaalne ülesehitus ja oksad. Seda seetõttu, et puude vertikaalne struktuur püüab ja neelab valgust, samas kui  lamedad pinnad seda vaid peegeldavad. Wang väitis, et see ülesehitus sarnaneb inimsilma reetina fotoretseptoritega. Ka kosmosest võetud piltidel Maast on näha, et valgus peegeldub lamedatelt pindadelt, näiteks ookeanidelt või kõrbetelt, kuid metsad paistavad märksa tumedamatena.

Wangi teadustöö meeskond jäljendas seda struktuuri oma „kolmemõõtmelises okstega nanojuhtmete ridades“. Selles kasutatakse vesinikgaasi tootmiseks fotoelektrokeemilist vee lõhustamise protsessi. Vee lõhustamine on protsess, mille käigus eraldatakse vee molekulid hapniku ja vesiniku aatomiteks selleks, et eraldada kütusena kasutatav vesinikgaas. Selle protsessi käigus kasutatakse puhast energiat, mis ei tekita kõrvalsaadusena kasvuhoonegaase. Võrdlusena kasutatakse tavaliselt vesinikku fossiilkütustest toodetava elektri abil.

„Vesinikku peetakse „puhtaks“ kütuseks võrreldes fossiilsete kütustega, sest seda kasutades ei väljastata süsinikku. Käesolevalt kasutatav vesinik ei ole aga puhtalt toodetud,“ sõnas Ke Sun, kõnealuse projekti juht.

Selleks, et koguda vertikaalsete nanopuu-struktuuride abil rohkem päikesevalgust, arendas Wangi meeskond meetodi rohkema vesinikkütuse tõhusaks tootmiseks. Lisaks maksimeerib Suni sõnul vertikaalne oksastruktuur vesinikgaasi toodangut. Näiteks peavad lameda ja laia pinnaga keeva vee potis mullid muutuma suureks, selleks et pinnale tõusta. Nanopuu struktuuri puhul aga eraldatakse väga väikeseid vesinikgaasi mulle palju kiiremini. „Veelgi enam – selle ülesehituse abil oleme vähemalt 400 000 korda parendanud pinnaala keemiliste reaktsioonide toimumiseks,“ väitis Sun.

Pikas perspektiivis on Wangi teadustöö meeskonna eesmärk veelgi ambitsioonikam – nad loodavad läbi viia kunstlikku fotosünteesi. Selle protsessi käigus koguvad taimed päikesevalgust neelates ka süsinikoksiidi ja vett. Nende ainete abil toodavad taimed oma kasvuks vajalikke süsivesikuid. Wangi meeskond loodab seda protsessi jäljendada ning samuti ka süsivesinikku atmosfäärist püüda. Sellega loodab ta vähendada süsiniku väljalaset ja muuta see süsivesinikkütuseks.

„Me püüame jäljendada seda, mida taimed teevad päikesevalguse energiaks muutmiseks,“ väitis Sun. „Loodame, et lähitulevikus võiks meie nanopuu struktuur olla koostisosa tõhusast seadmest, mis töötab tõelise puuna ja fotosünteesib.“

Uurimustöö meeskond uurib ka alternatiive tsinkoksiidile, mis neelab Päikese ultraviolettkiirgust, kuid mille probleemid stabiilsusega mõjutavad nanopuu-struktuuride eluiga ja kasutust.

Allikas

Teadusartikkel: „3D branched nanowire heterojunction photoelectrodes for high-efficiency solar water splitting and H₂ generation”