Kilka kroków od wodoru do wodoru
Wodór to obiecujące alternatywne źródło paliwa. Jest bogaty w energię, a w wyniku jego spalania w tlenie powstaje praktycznie tylko para wodna – poza minimalną ilością sadzy, podtlenku azotu i dwutlenku węgla (CO2). Mimo to, choć jest to pierwiastek najobficiej występujący we wszechświecie, a przy tym jedno ze źródeł paliwa dla Słońca, w atmosferze ziemskiej nie występuje naturalnie w formie gazowej. Prawie zawsze jest połączony z innymi atomami w związkach, takich jak woda (H2O) czy węglowodory. Elektroliza wody (rozszczepienie jej na H2 i gaz tlenowy, O2) jest jednym z najczystszych sposobów na uzyskanie H2. Wykorzystanie praktycznie nieograniczonej energii słonecznej do elektrolizy czyni tę metodę jeszcze czystszą i bardziej zrównoważoną. Ogniwa fotoelektrochemiczne (PEC) wykorzystują elektrodę półprzewodnikową, która pochłania światło i wykorzystuje jego energię do rozszczepienia H2O. Jednak, po dziesięcioleciach badań, nie odkryto żadnych materiałów elektrodowych, które łączyłyby w sobie dopuszczalną wydajność, stabilność i opłacalność. Finansowany ze środków UE projekt Nanopec ("Nanostructured photoelectrodes for energy conversion") wykorzystuje postępy nanotechnologii do kontrolowania funkcjonalizacji poszczególnych komponentów, by sprostać wymaganiom. Zmniejszenie liczby kryteriów, jakie musi spełnić każdy materiał, usunie obecne ograniczenia. Podczas drugiego okresu raportowania, naukowcy zastosowali nowe metody nanostrukturyzowania stworzone w pierwszym okresie do uformowania zarówno materiałów konwencjonalnych, jak i nowo opracowanych. Wśród komponentów znalazły się ultracienkie dolne warstwy tlenku, warstewki hematytowe, fotoelektrody ulepszone plazmonowo, stopniowane matryce nanoprzewodowe, a także katalizatory i warstwy górne. Udało się osiągnąć znaczną poprawę wydajności PEC. Naukowcy z powodzeniem zmodyfikowali warstwy górne i katalizatory, aby zsyntetyzować kilka nowych materiałów półprzewodnikowych o ulepszonej wydajności i stabilności. W celu pogłębienia fundamentalnej wiedzy o procesach PEC, naukowcy przeanalizowali struktury materiałowe, ubytki i zachowanie fizykochemiczne. Opracowali także innowacyjną technikę pułapkowania światła w celu maksymalizacji jego absorpcji. W drugim okresie raportowania przeprowadzono ocenę wydajności i optymalizację w pełni zmontowanych urządzeń PEC, co doprowadziło do skonstruowania i demonstracji dwóch urządzeń o różnej konfiguracji. Choć koszty wciąż nieznacznie przekraczają zakładany budżet, udało się uzyskać znaczne postępy w rozszczepianiu wody przy użyciu PEC, a technologia jest o krok bliżej zastosowania w praktyce.
