O "frunză" solară produce hidrogen din apă de mare și curăță o substanță toxică în același timp
Un singur dispozitiv fără sursă externă de curent face hidrogen și distruge hidrazina din apa contaminată. Deocamdată e un prototip de laborator, dar ideea de a rezolva două probleme deodată e nouă.
Cercetători de la Universitatea Tehnologică Nanyang (NTU) din Singapore au construit un dispozitiv care produce hidrogen din apă de mare folosind doar lumina soarelui și, în același timp, descompune hidrazina, un poluant toxic, în azot gazos. Rezultatele au apărut în Nature Communications. Este o demonstrație de principiu, nu un produs.
Cum funcționează
Dispozitivul combină într-o singură unitate o celulă solară miniaturală, un electrolizor și un sistem de tratare a apei reziduale. Fotocatodul este din perovskit pe bază de plumb, care absoarbe lumina și generează curentul necesar, deci nu e nevoie de alimentare externă.
La anod, în loc să se formeze oxigen, un catalizator cu fier, cobalt și crom descompune hidrazina în azot. Procesul cere mai puțină energie decât formarea oxigenului și aduce hidrogen în plus. Catalizatorul rezistă la coroziune și limitează formarea compușilor toxici ai clorului. Perovskitul este protejat de straturi de rășină epoxidică conductoare, folie de titan și un strat de platină.
Cifrele din studiu
Potrivit sursei, densitatea fotocurentului este de aproximativ 25 mA/cm² sub lumină solară simulată, atât în apă de mare simulată, cât și în apă de mare reală, printre cele mai mari valori raportate pentru fotocatozi de perovskit cu plumb. Producția de hidrogen a fost de 466 μmol/cm²/oră, iar dispozitivul a funcționat stabil peste 72 de ore.
Într-o versiune mărită (suprafața fotocatodului de la 0,56 la 6,25 cm²), concentrația de hidrazină a scăzut de la 0,5 M (circa 1,6% din greutate) la 0,5 ppb în aproximativ 30 de ore, de peste 20 de ori sub limita de 10 ppb a Agenției americane de mediu (EPA). Testele în aer liber, la lumină naturală, au arătat formarea de bule de hidrogen și azot.
Limitări spuse deschis
Anodul funcționează doar în prezența hidrazinei, așa că dispozitivul se potrivește apelor contaminate cu această substanță, nu electrolizei generale a apei de mare. Perovskiții cu plumb se degradează în apă, iar prevenirea degradării pe termen lung și a scurgerii de plumb rămâne o problemă deschisă. Durabilitatea peste 72 de ore, colectarea hidrogenului, scalarea și integrarea în instalații existente trebuie încă demonstrate.