Sử dụng năng lượng mặt trời để thu hoạch tiết kiệm hydro từ nước có thể giúp thay thế nguồn nhiên liệu dựa trên carbon và giảm dấu chân của thế giới này. Tuy nhiên, thực tế là một nhiệm vụ bất khả thi đối với con người là phải tìm ra vật liệu có thể thúc đẩy sản xuất hydro để có thể cạnh tranh kinh tế với nhiên liệu làm từ carbon.
Trong một nghiên cứu, một nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học Bang Pennsylvania dẫn đầu báo cáo rằng họ đã thực hiện một bước để vượt qua thách thức về sản xuất hydro tiết kiệm bằng cách sử dụng máy tính để tìm vật liệu có thể giúp đẩy nhanh quá trình tách hydro khi nước tiếp xúc với ánh sáng. Quá trình này được gọi là xúc tác quang.
Tầm quan trọng của hydro
Cả điện và năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để tách hydro ra khỏi nước, được tạo thành từ hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Ánh sáng mặt trời được sử dụng để tạo ra điện để tạo ra hydro, do đó, chắc chắn sẽ được chuyển đổi trở lại thành điện năng, có thể không có lợi hoặc không hiệu quả về mặt kinh tế.
Mặc dù sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất trực tiếp hydro từ nước Để tránh bước bổ sung này, các nhà nghiên cứu cần tiếp tục nghiên cứu cách sử dụng sự chuyển đổi trực tiếp của hydro năng lượng mặt trời theo cách cạnh tranh với các loại nhiên liệu dựa trên nó. carbon, chẳng hạn như xăng.
Các nhà nghiên cứu, báo cáo phát hiện của họ trên tạp chí khoa học Năng lượng và Khoa học Môi trường, đã sử dụng một loại phương pháp tính toán được gọi là "sàng lọc vật liệu thông lượng cao" để thu hẹp danh sách hơn 70,000 hợp chất khác nhau để sáu ứng cử viên đầy hứa hẹn mà khi được thêm vào nước, nó có thể kích hoạt quá trình sản xuất hydro năng lượng mặt trời.
Một dạng năng lượng rẻ hơn
Nếu công nghệ này có thể được phát triển, nó sẽ rất rẻ hơn về mặt kinh tế. Hydro có thể được sản xuất với giá 1.60 đô la, trái ngược với xăng có giá trị lên tới 3.20 đô la. Do đó, với một nửa giá, bạn có thể nhận được cùng một lượng năng lượng với hydro như với xăng với một nửa giá và tiết kiệm năng lượng, có lợi cho môi trường.
Nhóm đã sử dụng máy tính Roar từ Đại học Bang Pennsylvania để thực hiện các tính toán. Máy tính là công cụ quan trọng nhất trong việc đẩy nhanh quá trình tìm kiếm các tài liệu chính xác sẽ được sử dụng nhiều nhất trong các thí nghiệm khác nhau. Đổi lại, họ đảm bảo rằng việc sử dụng máy tính sẽ không thay thế được thí nghiệm, vì máy tính sẽ thông báo cho bạn những vật liệu nào có triển vọng nhất, nhưng dù vậy, nghiên cứu thực nghiệm vẫn phải được thực hiện.
Sau khi kiểm tra các hợp chất được liệt kê trong cơ sở dữ liệu Dự án Vật liệu, một loại kho truy cập mở trực tuyến của các vật liệu đã biết và dự đoán, nhóm đã phát triển một thuật toán để xác định các vật liệu có các đặc tính làm cho chúng trở thành các yếu tố phù hợp cho quá trình sản xuất. hiđro. Các vật liệu có thể phân ly nước hiệu quả cũng đã được thử nghiệm, cũng như các vật liệu cung cấp ổn định hóa học tốt.
Nhóm tập trung vào oxit - các hợp chất hóa học được tạo thành từ ít nhất một nguyên tử oxy - vì chúng có thể được tổng hợp trong một khoảng thời gian hợp lý bằng cách sử dụng các quy trình tiêu chuẩn. Tuy nhiên, họ đang làm việc với các vật liệu khác ngoài oxit để xem liệu có nhiều vật liệu hơn được sử dụng để sản xuất hydro. Công việc đòi hỏi sự hợp tác từ tất cả các ngành, đó là một điều gì đó của một kinh nghiệm học tập cho nhóm nghiên cứu.
