Güneş enerjisinin depolanmasında en büyük sorunlardan birisi güneş ışınlarının dünyaya ulaşmadığı dönemlerde bu enerjinin nasıl depolanacağı olmuştur. Bu soruna çözüm olarak suyun elektroliz yöntemiyle hidrojen haline dönüştürülmesi tekniği geliştirilmiştir. Yapay fotosentez tekniği olarak adlandırılan bu yöntem ile güneş panellerinden elde edilen elektrik enerjisiyle su içinde bulunan hidrojen ve oksijen molekülleri ayrıştırılmaktadır. Ayrıştırılan saf hidrojen, gelecekte oluşabilecek elektrik talebi üzerine elektrik enerjisi elde etmek için saklanabilmekte veya yakıt olarak kullanılabilmektedir. Ayrıca bu yöntem fosil yakıtlara bağlılığı azaltarak CO2 emisyonunu düşürmektedir. Ancak, yapay fotosentez cihazları henüz yeterli potansiyele erişememişlerdir. Çünkü hala verimli çalışmak için gerekli olan optik, elektronik ve kimyasal özellikler üzerine çalışmalar olgunlaşmamıştır. Birçok yapay fotosentez cihazı, güneş ışığının sadece tek haneli yüzdelerini hidrojene dönüştürebilmektedir.
 

►İlginizi Çekebilir: Yenilenebilir Enerjide Depolama Sistemleri

Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve DOE Enerji İnovasyon Merkezi araştırmacıları, mevcut sınırlamaları kaldırabilecek yeni bir yöntem geliştirdiler. Güneş ışığını ve suyu sadece bir değil, iki tür enerjiye dönüştüren bir cihaz tasarladılar. Yeni cihaza Hybrid Photoelectrochemical and Voltaic (HPEV) adını verdiler. Bu yapay fotosentez cihazı ile güneş ışığını ve suyu hidrojen yakıtı ve elektriğe dönüştürmeyi başardılar.



Çalışmanın başyazarı olan Gideon Segev'e göre, güneş pilleri limitlerine çok yakın elektrik üretebilmelerine rağmen, bir su ayrıştırma cihazında kullanıldıklarında verimleri çok düşmektedir. Cihazdan geçen akım, silikon dışındaki diğer malzemeler tarafından sınırlanmaktadır. Sonuç olarak, sistem üretebileceğinden çok daha az akım üretmekte ve üretilen az akım, daha az enerji üretilmesi anlamına gelmektedir. Silikonun maksimum güç noktasında hareket etmemesi nedeniyle, uyarılan elektronların çoğunun gidebileceği bir yer yoktur. Bu yüzden yararlı bir iş yapmak için kullanılmadan önce enerjilerini kaybederler.

Gideon Segev, bu sorunu çözmek için “Elektronları serbest bırakırsak ne olur?” diye düşündük dedi. Araştırmacılar, cihazdaki silikon bileşeninin arkasına ikinci bir elektrik bağlantısı ekledi. Güneş enerjisi tarafından üretilen akımı bölerek, bir kısmının suyu hidrojen ve oksijene ayırmasına ve geriye kalan kısmının elektrik üretmesine olanak sağladılar.

HPEV'in tasarlandığı gibi çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için bir simülasyon oluşturdular ve daha sonra, teorilerini test etmek için bir prototip yaptılar. Araştırmacılar, referans olarak silikon ve bizmut vanadat kullanan bir geleneksel yapay fotosentez cihazının %6,8'lik bir verime sahip olacağını hesapladılar. Karşılaştırıldığında, aynı bileşenlerin kullanıldığı bir HPEV hücresi, güneş enerjisinin %13,4’ünü elektriğe dönüştürecektir. Hidrojen üretmeye başlayacak olan %6,8 ile birlikte, hücre %20,2'lik bir kombine verime sahip olacaktır.

 

►İlginizi Çekebilir: Geleceğin Yakıtı Hidrojen Enerjisi
 

Araştırmacılar, cihazı geliştirmek için çalışmaların devam edeceğini söylediler. Diğer uygulamaları araştırmaya ve bunun yanında cihazı iyileştirmeye devam etmeyi planlıyorlar. Araştırmacılar gelecekte güneş enerjisinin depolanmasını verimli hale getirerek CO2 emisyonlarını azaltmayı düşündüklerini belirttiler.





Kaynak:

► https://newscenter.lbl.gov