Caltech ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarında araştırmacılar, sadece iki yıl içinde, güneş enerjisinde kullanılabilecek potansiyel materyallerin neredeyse iki katına çıktığını açıkladı. Bu artış, kömür, yağ ve diğer fosil yakıtların yerini alabilecek ticari olarak uygulanabilir güneş enerjisi yakıtlarının keşfini hızlandırmayı vaat eden bir süreç ve bu sürecin hızlı gelişimi sayesinde meydana geldi.

Sadece güneş ışığı, su ve karbondioksit (CO2) kullanarak elde edilmek istenen güneş enerjisi, temiz enerji hayaline güzel bir örnektir. Araştırmacılar hidrojen gazından sıvı hidrokarbonlara kadar bir dizi hedef yakıt araştırıyor ve bu yakıtların her birinin üretilmesi suyun bölünmesini de içeriyor.

Her su molekülü, bir oksijen atomu ve iki hidrojen atomundan oluşur. Hidrojen atomları çekilir ve daha sonra yanıcı hidrojen gazı oluşturmak için bir araya getirilebilir veya hidrokarbon yakıtları oluşturmak için CO2 ile kombine edilebilir ve böylece bol miktarda ve yenilenebilir bir enerji kaynağı yaratılır. Ancak sorun, su moleküllerinin güneş ışığını alıp yıkılmamalarını değil, aksine okyanusların gezegenin çoğunu kapsamayacağıdır. Bu konuda güneş enerjisine dayalı bir katalizörün yardımına ihtiyaçları var.

Pratik güneş enerjisi yakıtları yaratmak için, bilim adamları, foto-anotlar olarak bilinen, görünür ışığı bir enerji kaynağı olarak suyun ayrıştırılabildiği düşük maliyetli ve verimli malzemeler geliştirmeye çalışıyorlar. Son 40 yılda, araştırmacılar bu foto-anot materyalinden sadece 16 tanesini tespit ettiler. Caltech’in John Gregoire ve Berkeley Lab’da Jeffrey Neaton ve Qimin Yan önderliğindeki bir araştırma ekibi, yeni materyalleri belirleyen bir yöntem kullanarak, 12 adet umut verici yeni foto-anot buldu.

Yöntem ve yeni fotoanodlarla ilgili bir bildiri, National Academy of Sciences’un Proceedings of Online Edition’da 6 Mart tarihinde yayınlandı. Yeni yöntem, Caltech’te Yapay Fotosentez Ortak Merkezi (JCAP) ve Moleküler Döküm ve Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Hesaplama Merkezi’nde (NERSC) bulunan kaynakları kullanarak Berkeley Lab’ın Malzeme Projesi arasındaki bir ortaklık yoluyla geliştirildi.

Photoelectrocatalysis için JCAP koordinatörü ve Yüksek Verim Deneyi grubunun lideri olan Gregoire, “Teori ve deneyin bu entegrasyonu, giderek disiplinlerarası bir dünyada araştırma yapmak için bir plandır” diyor. “Güneş enerjisi yakıtları üretmek için 12 yeni potansiyel fotoanodu bulmak heyecan vericidir, ancak zamanla daha ileri gidip yeni bir malzeme hattına sahip olmalıyız” diyerek araştırmalarının devam ettiğini belirtiyor.

Araştırmacılardan biri olan Neaton, deney ve teori birleştiren bu çalışmada özellikle önemli olan şey, güneş yakıtı uygulamaları için birkaç yeni bileşim tanımlamanın yanı sıra malzemelerin kendilerinin altında yatan elektronik yapı hakkında da yeni şeyler öğrenebilmekteyiz “diyor.

Önceki materyal keşif süreçleri, belirli uygulamalarda kullanım potansiyellerini değerlendirmek için tek bileşiklerin hantal testlerine dayanıyordu. Yeni süreçte ise Gregoire ve meslektaşları, hesaplama ve deneysel yaklaşımlarında  bir malzeme veritabanını potansiyel olarak yararlı bileşikler için madencilik alanında tarayarak, materyallerin özelliklerine göre seçim yaparak ve daha sonra yüksek verimli deneyler kullanarak en umut verici adayları hızla test ettiler.

PNAS dergisinde yayınlanan çalışmada, 174 metal vanadat bileşiğini, vanadyum ve oksijen elementleri ile birlikte periyodik tablodaki diğer elementlerden oluşan bileşikleri kontrol ettiler.

Gregoire, “Ekip tarafından yapılan en önemli ilerleme, teoriyi ve süper bilgisayarlar tarafından sağlanan en iyi yetenekleri benzersiz bir oranda bilimsel bilgi üretmek için yeni yüksek verimli deneylerle birleştirmekti.” dedi.

 

Kaynak : Sciencedaily