Klímaváltozás, Globális felmelegedés

Az eddigi technológiától gyökeresen eltérő elven, a fotoszintézist utánzó - üzemanyagként hasznosítható hidrogént előállító - napelemekkel szüntetnék meg amerikai kutatók az emberiség energiaínségét.

...

 

A napsugárzás segítségével termelt hidrogéngáz lehet a megoldás - summázta az általa vezetett tudományos konzorcium kutatási céljait a minap a Nature című folyóirat hasábjain Harry Gray vegyészprofesszor, az amerikai Caltech (California Institute of Technology) kémiai laboratóriumának vezetője. Mindezt a Föld energiaellátásán dolgozó Powering the Planet elnevezésű program keretében, amelyben a kaliforniai tudósfellegvár mellett a Massachussets Institute of Technology (MIT) elitkémikusai is csatasorba álltak egy új típusú napelem (ahogy nevezik: napcsapda) fejlesztésére.

"Köztudott, hogy a napsugárzást kémiai úton átalakító növényi fotoszintézisnek köszönhető a Föld fosszilisenergia-készlete" - vezette fel mondandóját Harry Atwater, a Caltech másik társigazgatója a négy éve életre hívott program részeredményeiről beszámoló Nature-összeállításban. Ez a készlet azonban kimerülőben van, míg a napsugárzás korlátlanul rendelkezésre áll; ezt eddig a Nap hőjét elektromos energiává transzformáló napelemekkel vagy az éltető fényt hőenergiává alakító napkollektorokkal próbálták munkára fogni. Atwater és társai azonban nem ezek továbbfejlesztésén, hanem a napfény hatására vízből és szén-dioxidból oxigént és cukrot előállító növényi fotoszintézis lemásolásán vagy legalábbis utánzásán ügyködnek. Annak ellenére is, hogy a zöld energiaátalakítás hatásfoka tudvalevően alacsony, mindössze 3-6 százalékos.

Pusztán "számszakilag" nézve ennek a munkának nincs sok értelme, hiszen enynyit már az 1954-ben az amerikai Bell Laboratóriumban legyártott első - zsilettpengényi szilíciumlapocskákból álló, éttermi tálca méretű - napelem is tudott. A berendezés elve azon a - Russel Ohl amerikai vegyészmérnök által nem sokkal korábban kísérletileg igazolt - jelenségen alapult, hogy a szilíciumból napsugárzás hatására nagy mennyiségű elektron szabadul fel. A napelem az 1970-es évek első felének olajválságáig tudományos kuriózumnak számított, ám az azóta bekövetkezett fejlesztések nyomán már mindennaposak a 15-26 százalékos hatásfokra képes "szolárpanelek".

"A szilícium mellett másféle vegyületek is alkalmasak félvezetőként a fotoelektronikus átalakításra" - kezd a legújabb, már kapható napelemek ismertetésébe Mojzes Imre, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem elektronikai technológia tanszékének professzora. A jóval nagyobb hatásfokot garantáló, a napsugárzás hatására elektronforrássá váló gallium-arzenid vagy a cink-kadmium-szelenid anyagú napelemekkel azonban több gond is akad. Az említett két vegyület igen drága, ráadásul mérgező is. De még a sokkal olcsóbb, szilíciumból készült modulok - a gyártási, forgalmazási adatokat is számba vevő - energiamérlege is csak 8 évi folyamatos használat után lesz pozitív.

Ezeket a problémákat küszöbölnék ki azok a - szakértők szerint már a következő években piacra kerülő - új generációs áramfejlesztők, amelyek felülete s így az általuk megtermelhető elektromosság mennyisége sokszorosa lehet a mostaniakénak. Erre a nanotechnológia fejlődése révén nyílt lehetőség, hiszen már ipari mennyiségben előállíthatóak olyan parányi szilíciumpálcikák, amelyek "csokorba kötve" leválthatják a napelemek szilícium-lapkáit. Energiatermelésre egyébként már tökéletesen megfelelnek a mai - legalább három évtizedes élettartamra tervezett - napelemmodulok is. A magyar Energia Klub számításai szerint ezekből - az ország területének 0,02 százalékát kitevő - mintegy 173 négyzetkilométernyi az egész ország számára elegendő áramot termelne. Ehhez képest összesen még egy négyzetkilométernyi napelem sem működik Magyarországon.

Még várat magára
 

A Powering the Planet programban dolgozó tudósok azonban nem áramot, hanem a jövő üzemanyagának kikiáltott, erőművekben és gépjárművekben egyaránt felhasználható hidrogént terveznek előállítani berendezésükkel. Ennek nagy előnye, hogy a többnyire szobahőmérsékleten optimális működésű napelemekkel szemben - a fotoszintézishez hasonlóan - szélsőséges hőmérsékleti körülmények között is megbízhatóan működne. A kutatók célja annak a részfolyamatnak a reprodukálása, amikor a növények hidrogénre és oxigénre bontják a vizet a hidrogenáz enzim segítségével. "E rendszer lemásolására persze esélyünk sincs, csak utánozhatjuk" - így Atwater. Vagyis nem biokémiai úton, hanem a napelemek által termelt elektromos árammal bontanák alkotóelemeire a vizet.

A víz bontása már megy is. John Turner, a coloradói Goldenban található Megújuló Energiaforrások Laboratórium vegyészprofesszora például méregdrága platinaelektródákkal már tíz éve elő tudott állítani a vázolt módszerrel hidrogéngázt. Méghozzá a fotoszintézisnél négyszer jobb, több mint 12 százalékos hatásfokkal. Csakhogy az ő készüléke mindössze 20 órányi működésre volt képes. A ruténiummal és más ritka fémekkel, illetve a nanotechnológia sztármatériájával, a titánium-dioxiddal (HVG, 2008. február 2.) ennél jóval hosszabb élettartamú vízbontókat is sikerült létrehozni, ám egyetlen kilogramm - meglehetősen körülményesen tárolható - hidrogén árát még így sem sikerült 13 dollár alá szorítani. (A hidrogénüzemű tesztautók fogyasztása jelenleg 4 kilogramm száz kilométerenként, vagyis a napelemes "nafta" ma négyszer drágább, mint a benzin Európában.)

Ráadásul a víz bontásához használni kívánt napenergia árammá alakításával sincs még minden rendben. Míg a hagyományos napelemek esetében a megfelelő feszültségű áram kinyerése, valamint a csúcsteljesítményhez szükséges optimális hőmérséklet biztosítása jelent ma is problémát, az új típusú vízbontó elemeknél az oxidáció okozza az egyik gondot, a vízzel érintkező elektródák ugyanis nagyon gyorsan korrodálódnak. De a napfény hatására - konyhanyelven fogalmazva - túlságosan sok áram is fejlődhet. Az amerikai programhoz csatlakozó Kazunari Domen, a tokiói egyetem fizikaprofesszora épp azon dolgozik (még inkább csak elméletben), hogy ezt az egyébként romboló hatású energiát is fel lehessen használni. Nem véletlen, hogy a tudóscsoport által csak a következő évtizedre ígért kézzelfogható eredmények kapcsán David Nocera, az MIT kémiai intézetének vezetője úgy ironizált: "Az evolúció több mint 2 milliárd éves fejlesztői munkával tökéletesítette a fotoszintézist, ezért még mi is kérünk pár évet."

(HVG) 

Idézet

Olyan jégtáblák tűnnek el, amik 10 000 éven át ott voltak, a legutolsó jégkorszak vége óta, mert az éghajlat ennyivel vált melegebbé, és csupán az utóbbi 20 vagy 30 évben ennyivel vált melegebbé.

Dr. Ted Scambos, az USA Országos Hó és Jég Adatközpontjának (NSIDC) vezető kutatója a sarki olvadásról

 

We use cookies on our website. Some of them are essential for the operation of the site, while others help us to improve this site and the user experience (tracking cookies). You can decide for yourself whether you want to allow cookies or not. Please note that if you reject them, you may not be able to use all the functionalities of the site.

Ok