Sollys-drevet fotokatalytisk vandopdeling til brintproduktion i stor skala

Storstilet solbrintproduktion gennem vandopdeling ved hjælp af en pulverfotokatalysator betragtes som en af ​​de mest lovende metoder til fremstilling af bæredygtige brændstoffer i fremtiden. I 2018, denne forskningsgruppe demonstrerede, at vandspaltende fotokatalytisk panelreaktor kan skaleres op til 1 meter i kvadrat i størrelse uden at gå på kompromis med fotokatalysatorens solvandsopdelingsaktivitet. Imidlertid, stor adskillelse og opsamling af solbrint ud over laboratorieskalaen var aldrig blevet realiseret. Det var nødvendigt at gennemgå designet af den fotokatalytiske panelreaktor og udvikle et system til sikkert at adskille gasblandingen af ​​hydrogen og ilt i et udendørs miljø.

Det fælles forskningsprojekt, der involverer NEDO, ARPChem, University of Tokyo, Fujifilm, TOTO, Mitsubishi Chemical, Meiji University og Shinshu University (som var ansvarlig for den fotokatalytiske vandspaltningsteknologi) demonstrerede, at i et stort udendørs område på 100m ² det er muligt at splitte vand ved hjælp af en pulverfotokatalysator og solstråler for at hente solbrint fra den genererede brint-iltgas. Der er stadig brug for mere strenge sikkerhedstests, men hvis der bruges et korrekt designet system, den meget eksplosive brint-iltgas kan håndteres sikkert i lange perioder. Derfor, et system til fremstilling af en stor mængde solbrint til lave omkostninger gennem forbedring af den fotokatalysator, der reagerer på synligt lys, fotokatalysatorpanelet, og gasseparationsmodulet er inden for rækkevidde.

At opnå denne bedrift krævede en masse teknologisk udvikling og samarbejde fra eksperter fra forskellige områder. Udviklingen og demonstrationen af ​​en stabil hydrogenseparation af den fugtige hydrogen oxygenblandede gas uanset vejr og solskinsforhold er en hidtil uset gennembrudsteknologi, der i øjeblikket er under patentanalyse. Shinshu Universitets lektor Takashi Hisatomi fra Research Initiative for Supra-Materials, der er ekspert i fotokatalyse til vandspaltning og brintproduktion, siger, at "ved at demonstrere hele processen fra brintproduktion til separation i verdens største skala, realiseringen af ​​et solbrintproduktionssystem baseret på vandopdelingsreaktion ved hjælp af pulveriserede fotokatalysatorer er blevet mere realistisk og vil blive bedre forstået af offentligheden. "

Fotokatalysatoren i denne undersøgelse bruger ultraviolet lys. En yderst effektiv synlig lysreagerende fotokatalysator med et praktisk niveau på 5% eller højere solcellekonverteringseffektivitet skal realiseres for implementering i den virkelige verden. Gruppen arbejder også på at sænke omkostningerne og udvide omfanget af fotokatalysatorpanelet. Den nuværende panelreaktor er robust, men det er nødvendigt at udvikle en billig reaktor, der kan masseproduceres, samtidig med at holdbarheden og sikkerheden bevares. Separationsydelsen og energieffektiviteten ved gasseparationsprocessen skal forbedres, fordi den anvendte separationsmembran var færdiglavet og ikke designet til dette gasseparationsmodul. Adskillelsen af ​​hydrogen fra hydrogen-oxygen-blandet gas var ikke tilstrækkelig. Adskillelsesprocessen har ingen præcedens, så der er ikke noget sammenlignende eksempel, hvilket betyder, at der stadig er plads til forbedringer.