N-gedoteerd silicium (zwart), een dunne laag siliciumoxide (grijs), een tussenlaag (geel) en de polymere deklaag (bruin). Het zure water is groen (afb: M. Lublow/HZB)
Er wordt een hoop afgeknoeid in dit ondermaanse. Neem nou dat gehannes met het splitsen van water in waterstof en zuurstof. Technisch is dat geen probleem (je zet er wat spanning op), maar het gaat er natuurlijk om dat de splitsing niet meer energie kost dan de geproduceerde waterstof aan energie kan opleveren. Laat de zon het werk doen/de energie leveren, is dan een goede gedachte. Een kunstblad met “een nog niet eerder gerealiseerd” beschermend laagje van organisch materiaal schijnt de splitsing van water onder invloed van licht op aanvaardbaar niveau te brengen.
Het ‘kunstblad’ bestaat in wezen uit een zonnecel in combinatie met wat functionele lagen. Die fungeren als elektrodes. Als die vrij ingewikkelde constructie wordt ondergedompeld in water en verlicht, dan ontstaat er waterstof aan een van de elektrodes. Dat klinkt als een mooie oplossing voor een akelig probleem dat wij energiehongerige wezens hebben, maar, je raadt het, er zijn wat hobbels. Op de eerste plaats moet er voldoende licht op het kunstblad terechtkomen, ondanks de extra lagen materiaal. Zonnecellen zijn niet goed bestand tegen de zure omstandigheden die er in dergelijke systemen heersen en daarom moet het kunstblad nog eens worden voorzien van een extra beschermingslaag, die zowel geleidend als doorzichtig dient te zijn.
De onderzoekers van het Helmholtzcentrum voor materialen in Berlijn werkten met een siliciumzonnecel waarbij meteen de beschermende koolwaterstofketens op werden aangebracht. Vervolgens werden rutheniumoxidekorreltjes toegevoegd, die dienden als katalysator. Dat leidde tot een geleidende en stabiele polymeerlaag van maar 3 nm dikte ( 1 nm is een miljoenste mm). Dat zou normaal een ingewikkeld proces zijn, maar door de katalysator aanzienlijk zijn vergemakkelijkt, terwijl die er bovendien voor zorgt dat het zijn eigen taak als watersplitser terdege ter hand neemt.
In deze opzet produceert het ‘kunstblad’ waterstof met een energetisch rendement van 12%, niet veel slechter dan van een commerciële zonnecel (maar dan in de vorm van elektrische energie). Het lijkt er op dat de beschermende werking van de polymeerlaag voldoet, want in een meetperiode van 24 uur (niet echt lang, natuurlijk) daalde opbrengst niet. Het wordt me niet duidelijk wat voor een polymeermateriaal er uiteindelijk ontstaan is, maar de onderzoekers van het Helmholtzcentrum denken dat het ook voor andere doeleinden zou zijn te gebruiken. Er wordt gewerkt aan een oktrooi. In het persbericht wordt er verwezen naar grafeen. Ik neem aan naar de eigenschappen van grafeen, dat wel veel toekomst heeft (krijgt toegedicht), maar toch vrij lastig is toe te passen.
Bron: Science Daily