Michigan Üniversitesi’nde geliştirilen yeni bir tür güneş paneli, doğal fotosentezde çok önemli bir adımı kullanarak suyu hidrojen ve oksijene dönüştürmede yüzde 9 verimlilik elde etti. Yüksek sıcaklıklara dayanabilen katalizör, kendinden önceki güneş enerjisiyle çalışan su ayrıştırma cihazlarından 10 kat daha verimli çalışıyor.
Dünyadaki en bol doğal kaynaklardan ikisi olan güneş ışığından ve sudan hidrojen yakıtı üretimi, karbon nötrlüğü için en umut verici yollardan birini sunuyor. İnsanlık kendini fosil yakıtların zararlı yan etkilerinden kurtarmaya çalışırken, araştırmacılar da yapay fotosentez teknikleri geliştirerek doğal döngünün gelişmesine yardımcı olmaya çalışıyorlar. Bu konu üzerine yoğunlaşan Michigan Üniversitesi araştırmacıları, güneş enerjisiyle çalışan su ayrıştırma cihazlarından 10 kat daha verimli çalışan ve onların sadece yüzde biri boyutunda yapay bir fotosentez cihazı geliştirmeyi başardılar. Buna göre ekip, cihazın en pahalı parçası olan yarı iletkenin boyutunu küçültmeyi başararak, 160 güneşin yaydığı ışığa eş değer, konsantre ışığa dayanabilen ve kendi kendini iyileştiren bir yarı iletken geliştirdi. Uzmanlara göre bu teknoloji, birçok kimyasal işlem için gerekli olan ve bağımsız bir yakıt olarak da kullanılabilen sürdürülebilir hidrojenin maliyetini önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip… Michigan Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Zetian Mi, konuya ilişkin yaptığı açıklamada yapay fotosentez cihazlarının doğal fotosentezden çok daha verimli olacağına inandıklarını söyleyerek, “Bu da karbon nötrlüğüne giden yolu sağlayacak” diyor.
Yarı iletkenlerin boyutları 100 kattan fazla küçültüldü
Cihaz, güneş ışığını yoğunlaştırmak için pencere boyutunda bir mercek kullanılarak test edildi. Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği’nde Araştırma Görevlisi ve çalışmanın baş yazarı Peng Zhou, “Yarı iletkenin boyutunu, yalnızca düşük ışık yoğunluğunda çalışan bazı yarı iletkenlere kıyasla 100 kattan fazla küçülttük” derken, bu teknoloji tarafından üretilen hidrojenin çok daha ucuz olabileceğinin altını çiziyor. Yeni teknoloji, yoğunlaştırılmış güneş ışığı kullanıyor. Öte yandan bu özellik diğer yapay fotosentez cihazlarında bulunmuyor çünkü yüksek yoğunluklu ışık ve yüksek sıcaklıklar bu cihazların bozulmasına neden olabiliyor. Bu teknolojide ise daha fazla ısı, hidrojen ile oksijenin ayrı kalmasını teşvik ediyor ve ayırma sürecini hızlandırıyor. Böylece ekip, bu sayede fazladan hidrojen toplayabiliyor. Çalışmalar ise şimdiden umut verici… Buna göre cihaz, arıtılmış su kullanarak ideal hale getirilmiş laboratuvar testlerinde yüzde 9’luk bir verimlilik elde etti. Musluk suyuna taşındığında, bu oran yaklaşık yüzde 7’ye ulaştı. Çok değişken, doğal güneş ışığıyla çalışan büyük ölçekli bir fotokatalitik su ayırma sistemini simüle eden bir dış mekân testinde ise yüzde 6,2 verimlilik sağladı.
Teknolojinin verimliliğini artıracaklar
Araştırmacılara göre bu cihazın kaderini belirleyen ise “ticari uygulanabilirlik” olacak. Yeşil hidrojen, yalnızca metan gazı kullanılarak üretilen kirli hidrojene karşı değil, aynı zamanda ucuz fosil yakıtlarla da maliyet açısından rekabetçi olmalı… Her ne kadar bu yöntem, galyum ve indiyum açısından bazı nadir metallere dayanıyor olsa da buradaki maliyet, yarı iletkenlerin küçük boyutu nedeniyle büyük ölçüde azalıyor. Bu noktada ekip, teknolojinin verimliliğini artırmaya ve doğrudan yakıt hücrelerinde kullanılabilecek ultra yüksek saflıkta hidrojen üretmeye devam etmeyi planlıyor.