Cum sa producem energie regenerabila: Natura ne-a aratat de mult calea

Soarele furnizeaza intr-o ora energia ce poate acoperi consumul mondial pe un an, insa acest tip de energie acopera acum numai 1% din consumul total. Multi cercetatori incearca sa gaseasca o modalitate mai eficienta de a transforma lumina soarelui in electricitate.

Unii dintre acestia, insa, incearca sa o transforme in combustibil, folosind asa numitele celule fotoelectrochimice (PEC).

Din nefericire, cele mai multe astfel de procese descoperite s-au dovedit complexe si ineficiente. Insa Florent Boudoire si Artur Braun de la Laboratoarele Federale pentru Stiinta si Tehnologia Materialelor din Elvetia, apreciaza ca au gasit cum sa schimbe situatia, spune cei de la The Economist.

Celulele PEC de care sunt interesati Boudoire si Braun folosesc lumina solara pentru a descompune apa in hidrogen si oxigen. Folosesc fotoelectrozi care convertesc lumina in electricitate, astfel creand un circuit prin apa. Gazele sunt rezultate din electroliza.

Celulele cercetatorilor folosesc pentru captarea luminii oxid de fier si oxid de wolfram. Oxidul de fier absoarbe lumina vizibila, iar oxidul de wolfram, ultravioletele. Oxidul de wolfram are si un indice de refractie mare. Aceasta inseamna ca lumina, odata ce a fost absorbita de oxidul de wolfram este retinuta de un fenomen numit reflectie interna totala, ceea ce creste gradul de absorbitie. In aceasta combinatie, oxizi de fier si de wolfram pot absorbi pana la 35% din lumina soarelui la care sunt expusi.

Teoria este buna, practica este mai grea

Pana acum, teoria suna bine. Insa este greu de transpus in practica, deoarece oxidul de fier este un slab conductor de electricitate daca nu este sub forma unui film foarte subtire. Un astfel de film, din pacate, nu absoarbe destula lumina solara pentru descompunerea apei.

Pentru a mari puterea celulei de absorbtie a luminii poate fi folosita litografia, atat pentru a forma componentele, cat si pentru a adauga materiale care ii schimba proprietatile electrice. Aceasta metoda, insa, este scumpa, asa ca Boudoire si Braun au cautat o metoda mai ieftina.

Prin acest proces, pe care il vor descrie in viitoare editie a Energy & Environmental Science, ei formeaza sfere de cateva sute de nanometri din oxid de wolfram, pe care le acopera cu un strat subtire de oxid de fier. Acest aranjament maximizeaxa reflectia interna, dar, de asemenea, face lumina reflectata disponibila sa fie absorbita de oxidul de fier la jonctiunea acestuia cu oxidul de wolfram. Si, mai important, cercetatorii au descoperit si cum pot fi facute ieftin aceste "celule".

In primul rand, amesteca amoniu wolframat cu un polimer pentru a crea o suspensie de mici picaturi de plastic, fiecare continand amoniu wolframat. Apoi pulverizeaza amestecul pe o suprafata de sticla, pe care o lasa sa se usuce. Apoi, incalzesc sticla intr-un cuptor pentru a indeparta plasticul prin ardere si pentru a transforma picaturile in microsfere de oxid de wolfram. In cele din urma, pulverizeaza totul cu o solutie de nitrat feric si le incalzeste pentru ca aceasta sa acopere intreaga suprafata.

Rezultatul este o combinatie buna atat pentru absorbtia de lumina, cat si pentru transformarea acesteia in electricitate. Iar procesul poate fi aplicat cu usurinta pe scara larga, ceea ce inseamna ca aceste celule PEC pot fi folosite la nivel industrial. Hidrogenul pe care il produc poate fi vandut ca si combustibil sau poate fi stocat si ars pentru a genera electricitate in timpul noptii, cand energia solara "standard" nu este disponibila.

Cum ne-a aratat natura ce avem de facut

Curios este faptul ca cercetatorii au descoperit, dupa ce si-au finalizat experimentele, ca natura le-a luat-o inainte. Microstructura celulelor lor, acei colectori sferici de lumina, este asemanatoare cu cea din interiorul ochilor moliilor.

Moliile au abilitate marita a colecta mai multa lumina pentru a putea vedea noaptea, si de a reflecta cat mai putina lumina pentru a nu fi detectate de pradatori, cu ajutorul acestor mici sfere din ochii lor. Nimic nou sub soare, se poate spune.