Forskare vid University of California i San Diego har byggt en skog av små träd av nanotrådar för att fånga solenergi helt utan att använda fossila bränslen. Solenergin ska sedan omvandlas till vätgas. Forskningen presenteras i det senaste numret av tidskriften Nanoscale.
Nanotrådarna produceras av naturliga material som det finns gott om på jorden, såsom kisel och zinkoxid, vilket gör produktionstekniken till ett billigt sätt att producera vätgas i stor skala.
– Det här är ett rent sätt att leverera ett rent bränsle, säger Deli Wang, professor vid institutionen för elektro- och datorteknik vid universitetet UC San Diego Jacobs School of Engineering.
Trädens vertikala struktur och grenar är av avgörande betydelse för att man ska kunna absorbera så mycket av solenergin som möjligt. Det beror på att vertikala strukturer fångar upp och absorberar ljuset medan plana ytor bara reflekterar det. Det sker på ett liknande sätt som fotoreceptorceller på det mänskliga ögats näthinna fångar ljuset.
Wangs team har härmat denna struktur i sin tredimensionella skog av förgrenade nanotrådar. Den använder en process som de kallar fotoelektrokemisk vattensönderdelning (”photoelectrochemical water-splitting”) för att producera vätgas.
Med vattensönderdelning avses processen som går ut på att vatten separeras till syre och väte i syfte att extrahera vätgas. Processen använder ren energi utan några växthusgaser som biprodukter. Som jämförelse bygger nuvarande teknik för att producera vätgas på elanvändning, ofta producerad från fossila bränslen.
– Vätgas anses vara ett rent bränsle jämfört med fossila bränslen eftersom det inte ger några koldioxidutsläpp, men produktionen sker för närvarande inte på ett miljövänligt sätt, säger Ke Sun, doktorand i elektroteknik som deltagit projektet.
Den vertikala trädstrukturen maximerar också produktionen vätgas. Man kan likna det vid en kastrull med kokande vatten. Står kastrullen på en plan yta måste bubblorna bli rätt stora för att stiga upp till ytan. I nanoträdsstrukturen kan även mycket små gasbubblor av väte extraheras snabbare.
På lång sikt är målet mer Wangs forskning betydligt mer långtgående: att skapa artificiell fotosyntes. I fotosyntesen absorberar växter solljuset samtidigt som de lagrar koldioxid och vatten från atmosfären för att skapa kolhydrater för sin egen tillväxt. Wangs team hoppas kunna simulera denna process även för att fånga in koldioxid från atmosfären, minska koldioxidutsläppen och omvandla den till bränsle.
– Vi försöker simulera vad växter gör för att omvandla solljus till energi. Vi hoppas att vårt ”nanoträd” inom en snar framtid kan bli en del av en enhet som fungerar som ett riktigt träd för fotosyntes, säger Sun.
