Was ist die Wasserspaltung?
Wasseraufteilung ist der Prozess, das die chemische Wasserverbindung in seine Bestandteile von Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Es gibt viele Ansätze zur Wasseraufteilung, die am häufigsten der Elektrolyse, bei denen ein elektrischer Strom durch Wasser geleitet wird, um Wasserstoff- und Sauerstoffionen zu produzieren. Obwohl viele Methoden zur Wasserspaltung in Bezug auf die Energie, die zum Trennen von Wasserstoff und Sauerstoff von Wasser und der Energie, die später aus dem reinen Wasserstoff für Brennstoff abgeleitet werden kann, erforderlich ist, nicht energieeffizient sind, wird der Prozess dennoch als potenzielle Alternative zum Austausch einer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen angesehen. Anwendungen mit Solarenergie und neuen chemischen Katalysatoren zum Spalten von Wasser bieten eine vielversprechende Methode zur Erzielung erneuerbarer Netto -Energiegewinne, ohne Treibhausgasemissionen oder andere Schadstoffe zu erzeugen.
photokatalytische Wasserspaltung unter Verwendung der Energie vonLicht oder andere erneuerbare Energiequellen wie Windkraft werden nun verwendet, um elektrischen Strom in neuen Elektrolyseformen zu erzeugen. Ziel ist es, ein Wasserspaltsystem zu schaffen, das vollständig durch erneuerbare Energiequellen wie Sonnenlicht angeheizt wird, wodurch die Wasserstoffproduktion gegen fossile Brennstoffe wettbewerbsfähig ist. Die Herausforderung in diesem Prozess bestand darin, Elektroden zu entwickeln, die aus kostengünstigen und langlebigen Materialien bestehen. Es wurde festgestellt, dass Kobalt- und Nickelboratverbindungen eine erhöhte Effizienz bieten und billig und leicht herzustellen. Obwohl diese neuen Elektrodenverbindungen in kommerziellen Solar-Kraftstoff-Produktionssystemen sicher sind, können sie noch nicht mit der Effizienz industrieller Elektrolyseverfahren konkurrieren, die gefährliche Alkali-Verbindungen als Elektrolytlösungen verwenden.
Wasserspaltmechanismen, die in Bezug auf den Energiegewinn am vielversprechendsten bieten, basieren auf dem Prozess der Photosynthese, mit dem Pflanzen das Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln. Während natürlichSysteme hierfür sind sehr langsame und künstliche Systeme, die es zunächst eine Effizienz von weniger als 1% imitieren, als die Forschung an ihnen 1972 in Japan begann, und neue Prozesse steigern die Produktion des Wasserstoffs. Japanische Forscher begannen im Jahr 2007, Elektroden aus hydriertem mikrokristallinem Silizium mit Platin -Nanopartikeln zu beschichten, was die Stabilität und das Leben der Elektroden und ihre katalytische Fähigkeit bei der Wasseraufteilung weiter erhöhte.
Ähnliche Untersuchungen im National Renewable Energy Laboratory (NREL) in den USA zielen im Jahr 2015 auf die Umwandlungsraten der Wasserstoffeffizienz von 14% mit einer erhöhten Haltbarkeit von Elektroden von 1.000 Stunden im Jahr 2005 auf 20.000 Stunden im Jahr 2015 ab. As this efficiency increases, the corresponding cost of producing hydrogen fuels decreases, with a US Dollars (USD) per kilogram ($/kg) cost of producing H2 in 2005 at $360/kg down to $5/kg in 2015. Even at this level, water splitting to produce hydRogen ist immer noch drei- bis zehnmal teurer als die Erzeugung von Kraftstoffen auf Wasserstoffbasis aus der Reformation von Erdgas. Die Forschung hat noch einige Entfernungen, bevor sie wirtschaftlich mit dem etablierten Energiesektor wettbewerbsfähig ist.