Kentucky ja Louisville’i Ülikooli teadlased tegid kindlaks, et odavat pooljuhtmaterjali saab ,,kohendada” ning selle abil siis veest päikesevalguse abil vesinikku genereerida. Teadlaste sõnul on nende avastus arvutimodelleerimise teaduste jaoks suur läbimurre – sel võib tuleviku energiatootmisele põhjapanev mõju olla.
Oma kaasaegsete arvutuste abil demonstreerisid teadlased, et 2 protsendilise antimoni(Sb) sisaldusega galliumnitriid(GaN) sulamil on just sellised elektrilised omadused, mis võimaldavad päikesevalgusel veemolekule vesinikuks ja hapnikuks lagundada – protsess, mida tuntakse fotoelektrokeemilise(photoelectrochemical ehk PEC)) vee lõhustamise nime all. Kui sulam vette asetada ning sellele päikesevalgust lasta, siis katkevad vee vesiniku ja hapniku vahelised keemilised sidemed. Seejärel on võimalik vesinik kokku koguda, kirjutab Sciencedaily.com.

Teadlased tegid kindlaks, et 2 protsendilise antimoni lisandiga galliumnitriidil on sobivad omadused, et võimaldada päikeseenergial veemolekule vesinikuks ja hapnikuks lõhustada. Pilt: iStockphoto/Michiel De Boer
,,Varasemates PEC uurimustes on keskendutud keerulistele materjalidele,” sõnas professor Madhu Menon, üks uurimuse läbiviijaid. ,,Meie otsustasime aga alustada mõne kergesti toodetava materjaliga vaatamata sellele, et neil puudus õige elektronide korrastus, mida tavaliselt PEC jaoks vaja on. Meie eesmärgiks oli näha, kas nende materjalide elektrooniliste omaduste minimaalne,,kohendamine” annab soovitud tulemusi.”
Galliumnitriid on pooljuht, mida kasutatakse suures koguses heledate LED valgustite valmistamiseks juba alates 1990ndatest. Antimon on metalloidelement, mille nõudlus on viimaste aastate jooksul elektroonikatööstuses kasvanud. GaN-Sb sulam on esimene lihtne, kergesti toodetav materjal, mis on PEC vee lõhustamise üks kandidaate. Sulam käitub PEC reaktsioonis katalüsaatorina, mis tähendab seda, et seda ei tarbida ning seda saab lõputult taaskasutada. Teadlased töötavad hetkel eesmärgiga sulamit valmistada ning testivad selle võimet päikeseenergia abil vesinikku saada.
Vesinikku on juba pikka aega käsitletud hea vahendina üleminekul puhtamate energiaallikateni. Seda saab kasutada kütuseelementides elektri tootmiseks, soojuse tootmiseks põletada ning sisepõlemismootorites sõidukite liikumapanemiseks ära kasutada. Põledes kombineerub vesinik hapnikuga ja moodustab ainsa jääkainena veeauru. Lisaks on vesinikul suurel hulgal rakendusi nii teaduses kui ka tööstuses.
Et puhast vesinikku pole looduses küllaga saadaval, tuleb seda toota teistest ühenditest eemaldamise abil. Seega ei ole vesinik mitte energiaallikas vaid pigem ,,energia kandja.” Hetkel kulub vee lõhustamisest saadava vesiniku tootmiseks suurel hulgal elektrit. Selle tagajärjena saadakse suur osa tänapäeval toodetavast vesinikust mittetaastuvatest allikatest, näiteks kivisöest ja maagaasist.
Uurimuses osalenud teadlase professor Mahendra Sunkara sõnul on GaN-Sb sulamil potentsiaali muundada päikeseenergia ökonoomiliseks, süsinikuvabaks vesinikuallikaks.
,,Hetkel hõlmab vesiniku tootmine suures koguses CO2 heitgaase,” lausus Sunkara. ,,Kui see sulam on aga kergesti kättesaadav, võiks seda kasutada heitgaasivabade kütuste valmistamiseks, mille abil saaks kodusid ja sõidukeid energiaga varustada ning hooneid kütta.”
Teadusartikkel: “Visible-light absorption and large band-gap bowing of GaN_{1−x}Sb_{x} from first principles“
Leave a Reply