Vad är vattendelning?

Vattendelning är processen att bryta ner den kemiska föreningen av vatten i dess beståndsdelar av väte och syre. Det finns många tillvägagångssätt för vattendelning, den vanligaste bland dem är elektrolys, där en elektrisk ström passeras genom vatten för att producera väte och syrejoner. Även om många metoder för vattendelning inte är energieffektiva med avseende på energin som krävs för att separera väte och syre från vatten kontra den energi som kan härledas senare från det rena vätet för bränsle, ses processen ändå som ett potentiellt alternativ till att ersätta en beroende av fossila bränslen. Applikationer som använder solenergi och nya kemiska katalysatorer för att dela vatten erbjuder en lovande metod för att producera förnybara nettenergivinster utan att producera växthusgasutsläpp eller andra föroreningar i processen.

Fotokatalytiskt vattendelning med ljus från energi eller med andra förnybara energikällor som vindkraft används nu för att generera elektrisk ström i nya former av elektrolys. Målet är att skapa ett vattensplitssystem som helt drivs av förnybara energikällor, till exempel solljus, vilket gör vätgasproduktionen konkurrenskraftig mot fossila bränslen. Utmaningen i processen har varit att utveckla elektroder som är tillverkade av billiga och hållbara material. Kobolt- och nickelboratföreningar har visat sig ge ökad effektivitet och de är billiga och enkla att tillverka. Även om dessa nya elektrodföreningar är säkra i kommersiella solenergiproducerande system, kan de ännu inte konkurrera med effektiviteten i industriella elektrolysmetoder som använder farliga alkaliföreningar som elektrolytlösningar.

Vattendelningsmekanismer som ger mest löfte vad gäller energivinst baseras på fotosyntesprocessen som växter använder för att omvandla solljus till kemisk energi. Medan naturliga system för detta är mycket långsamma och konstgjorda system som efterliknar det ursprungligen hade en effektivitet på mindre än 1% när forskningen började på dem redan 1972 i Japan, ökar nya processer väteproduktionen. Japanska forskare började 2007 belägga elektroder tillverkade av hydrerad mikrokristallin kisel med nanopartiklar av platina, vilket ytterligare ökade stabiliteten och livslängden för elektroderna och deras katalytiska förmåga vid vattensplitning.

Liknande forskning vid National Renewable Energy Laboratory (NREL) i USA riktar sig till omvandlingsgraden för sol- till väteeffektivitet på 14% under 2015 med en ökad hållbarhet för elektroder från 1 000 timmar 2005 till 20 000 timmar 2015. När denna effektivitet ökar minskar motsvarande kostnad för att producera vätebränslen, med en amerikansk dollar (USD) per kilogram ($ / kg) kostnad för att producera H2 2005 till $ 360 / kg ner till $ 5 / kg 2015. Även på detta nivå, vattendelning för att producera väte är fortfarande tre till tio gånger dyrare än att generera vätebaserade bränslen från reformeringen av naturgas. Forskningen har fortfarande lite avstånd innan den är ekonomiskt konkurrenskraftig med den etablerade energisektorn.