水分解とは

水分解は、水の化合物を水素と酸素の構成要素に分解するプロセスです。 水分解には多くのアプローチがありますが、その中で最も一般的なのは電気分解で、水に電流を流して水素イオンと酸素イオンを生成します。 多くの水分解方法は、水から水素と酸素を分離するのに必要なエネルギーと、燃料用の純粋な水素から後で得られるエネルギーの点でエネルギー効率が良くありませんが、それでも、このプロセスは、化石燃料への依存。 太陽光発電と新しい化学触媒を使用して水を分割するアプリケーションは、プロセスで温室効果ガスの排出やその他の汚染物質を生成することなく、再生可能な正味エネルギーを生成する有望な方法を提供します。

光のエネルギーを使用した、または風力などの他の再生可能エネルギー源を使用した光触媒水分解は、現在、電気分解の新しい形態で電流を生成するために採用されています。 目標は、太陽光などの再生可能エネルギー源によって完全に燃料供給される水分解システムを作成し、水素生産を化石燃料と競合させることです。 プロセスの課題は、安価で耐久性のある材料で作られた電極を開発することでした。 コバルトおよびニッケルホウ酸塩化合物は、効率が向上することがわかっており、安価で製造が容易です。 これらの新しい電極化合物は、商業用の太陽燃料製造システムでは安全ですが、危険なアルカリ化合物を電解質溶液として使用する産業用電解法の効率とはまだ競合できません。

エネルギーゲインに関して最も期待できる水分解メカニズムは、植物が太陽光を化学エネルギーに変換するために使用する光合成のプロセスに基づいています。 このための自然なシステムは非常に遅く、1972年に日本で研究が開始されたときに最初にそれを模倣する人工システムの効率は1％未満でしたが、新しいプロセスは水素生産レベルを上げています。 2007年に日本の研究者は、水素化された微結晶シリコンで作られた電極に白金のナノ粒子をコーティングし始めました。これにより、電極の安定性と寿命、および水分解における触媒能力がさらに向上しました。

米国の国立再生可能エネルギー研究所（NREL）での同様の研究では、2015年の太陽光から水素への変換率が14％であり、電極の耐久性が2005年の1,000時間から2015年の20,000時間に向上しています。 この効率が向上するにつれて、水素燃料の生産コストが減少し、2005年にH2を360ドル/ kgで1キログラム（$ / kg）生産するコストが2015年には5ドル/ kgに減少します。水素を生成するための水分解は、天然ガスの改質から水素ベースの燃料を生成するよりも3〜10倍高価です。 この研究は、確立されたエネルギー部門と経済的に競争する前に、まだある程度の距離があります。