Hva er vannsplitting?

Vannskjøting er prosessen med å bryte ned den kjemiske forbindelsen av vann i dets bestanddeler av hydrogen og oksygen. Det er mange tilnærminger til vannsplitting, den vanligste blant dem er elektrolyse, hvor en elektrisk strøm føres gjennom vann for å produsere hydrogen og oksygenioner. Selv om mange metoder for vanndeling ikke er energieffektive med tanke på energien som kreves for å skille hydrogen og oksygen fra vann kontra energien som senere kan avledes fra det rene hydrogenet for drivstoff, blir prosessen likevel sett på som et potensielt alternativ til å erstatte en avhengighet av fossile brensler. Bruksområder som bruker solenergi og nye kjemiske katalysatorer for å dele vann, gir en lovende metode for å produsere fornybar netto energi gevinster uten å produsere klimagassutslipp eller andre miljøgifter i prosessen.

Nå benyttes fotokatalytisk vannsplitting ved bruk av lysenergi, eller ved bruk av andre fornybare energikilder som vindkraft, for å generere elektrisk strøm i nye former for elektrolyse. Målet er å lage et vannsplittende system som helt er drevet av fornybare energikilder, for eksempel sollys, noe som gjør hydrogenproduksjon konkurransedyktig mot fossile brensler. Utfordringen i prosessen har vært å utvikle elektroder som er laget av rimelige og holdbare materialer. Kobolt- og nikkelboratforbindelser har vist seg å gi økt effektivitet, og de er billige og enkle å fremstille. Selv om disse nye elektrodeforbindelsene er trygge i kommersielle systemer som produserer solbrensel, kan de ennå ikke konkurrere med effektiviteten til industrielle elektrolysemetoder som bruker farlige alkaliforbindelser som elektrolyttløsninger.

Vanndelingsmekanismer som gir mest løfte når det gjelder energigevinst er basert på fotosynteseprosessen som planter bruker for å konvertere sollys til kjemisk energi. Selv om naturlige systemer for dette er veldig trege og kunstige systemer som etterligner det opprinnelig hadde en virkningsgrad på under 1% da forskning startet på dem i 1972 i Japan, øker nye prosesser hydrogenproduksjonsnivået. Japanske forskere begynte i 2007 å belegge elektroder laget av hydrogenert mikrokrystallinsk silisium med nanopartikler av platina, noe som ytterligere økte stabiliteten og levetiden til elektrodene og deres katalytiske evne ved vannsplitting.

Tilsvarende forskning ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA retter seg mot konverteringsgrader for solenergi til hydrogeneffektivitet på 14% i 2015 med en økt holdbarhet på elektroder fra 1000 timer i 2005 til 20 000 timer i 2015. Når denne effektiviteten øker, reduseres de tilsvarende kostnadene for å produsere hydrogendrivstoff, med en amerikansk dollar (USD) per kilogram ($ / kg) kostnad for å produsere H ₂ i 2005 til $ 360 / kg ned til $ 5 / kg i 2015. Selv på dette tidspunktet nivå, vannsplitting for å produsere hydrogen er fremdeles tre til ti ganger dyrere enn å generere hydrogenbaserte brensler fra reformasjonen av naturgass. Forskningen har fortsatt litt avstand før den konkurrerer økonomisk med den etablerte energisektoren.