Wasserstoff, Speicherung und Produktion: Evolution und H2-Technologien

[Remundo]

Beachten Sie, dass HCOOH (-) CO2 + H2 keine neue Idee zum Speichern von H2 in einer abgeleiteten Form ist, die leicht manipuliert werden kann.

Die Schwierigkeit liegt in dem Katalysator, der die Reaktion in die eine oder andere Richtung lenken kann.

Die EPFL wird eine Form von Ruthenium verwendenEs ist sehr technisch und ich gebe meine große Lücken ...

Andererseits ist der Aspekt der „CO2-Absorption“ nicht wirklich ehrlich, da das CO2 während der Regeneration von H2 freigesetzt wird. Ein solcher Prozess kann nicht als effektive Kohlenstoffsenke angesehen werden.

[Obamot]

Es ist mir, oder der Titel des Threads sagt, dass der Katalysator Eisen? Oder wir reden über etwas anderes?

Suchen mutige Schritte zum Erstellen von Methanol aus Co2, es in der Tat, wie der Katalysator Ruthenium:

http://www.futura-sciences.com/magazine ... que-55027/

Immer aus Edelmetallen, aber vielleicht eines Tages auch nur mit Eisen (wie konnte die EPFL im Titel dieses Threads zu tun).

Und Ausbeute 50% ist nicht 60 18% von% wie bei PV-Panels, wo es wirklich interessant wird?

[Obamot]

H²: Nach der Lagerung packt die EPFL ihre Sammlung an!

Wasserstoff mit Umgebungsluft erzeugen!

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EPFL-Chemiker haben eine künstliche Solarfolie erfunden, die auf einer neuen transparenten und porösen Elektrode basiert. Es kann atmosphärisches Wasser ernten und in Wasserstoff umwandeln. Diese Halbleitertechnologie ist einfach herzustellen und großtechnisch zu implementieren.

12 % maximaler theoretischer Wirkungsgrad: ein guter Anfang?

Seit Jahrzehnten träumen Wissenschaftler von einem Gerät, das vollständig mit Solarenergie betrieben wird, um Wasser aus der Atmosphäre zu gewinnen und in Wasserstoff umzuwandeln. An der EPFL hat der Ingenieur und Chemiker Kevin Sivula einen wichtigen Schritt zur Verwirklichung dieses Konzepts getan. Mit seinem Team hat er ein ebenso einfaches wie geniales System entwickelt. Es kombiniert Halbleitertechnologien und innovative Elektroden, die zwei Hauptmerkmale aufweisen: Porosität, um den Kontakt mit atmosphärischem Wasser zu maximieren, und Transparenz, um die Sonneneinstrahlung der Halbleiterbeschichtung zu optimieren. Unter natürlichem Licht entzieht das Gerät der Umgebungsluft Wasser und produziert Wasserstoff. Die Ergebnisse werden in Advanced Materials veröffentlicht. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10. ... .202208740

Wo sitzt die Innovation? In Gasdiffusionselektroden transparent, porös und leitfähig. Sie ermöglichen damit dieser Solartechnologie, Wasser – gasförmig in der Luft vorhanden – in Wasserstoff umzuwandeln.

„Für eine nachhaltige Gesellschaft müssen wir neue Wege finden, erneuerbare Energie in chemischer Form zu speichern, die als Brennstoff oder als Rohstoff für die Industrie verwendet werden kann“, sagt Hauptautor Kevin Sivula vom Labor für Molekulartechnik optoelektronischer Nanomaterialien der EPFL . Tageslicht ist die am häufigsten vorkommende Form erneuerbarer Energie, und wir arbeiten daran, wirtschaftlich tragfähige Wege zur Herstellung von Solarbrennstoffen zu entwickeln.“

Inspiriert von Pflanzenblättern
Bei ihrer Arbeit für nicht fossile erneuerbare Brennstoffe ließen sich die EPFL-Ingenieure in Zusammenarbeit mit Toyota Motor Europe von der Fähigkeit von Pflanzen inspirieren, Tageslicht in chemische Energie umzuwandeln, indem sie das in der Atmosphäre vorhandene Kohlendioxid nutzen. Grundsätzlich ernten Pflanzen CO2 und Wasser aus ihrer Umgebung und wandeln diese Moleküle dann durch den Energieschub des Sonnenlichts in Zucker und Stärke um. Ein Prozess, der als Photosynthese bekannt ist.

Die von Kevin Sivula und seinem Team entworfenen transparenten Gasdiffusionselektroden können mit einem Halbleitermaterial beschichtet werden, das Licht sammelt. Es wirkt also wie ein Blatt, das Licht und Wasser aus der Atmosphäre sammelt, um Wasserstoff zu produzieren. Sonnenenergie wird in Form von Wasserstoffbrückenbindungen gespeichert.

Anstatt Elektroden auf herkömmliche Weise mit lichtundurchlässigen Schichten herzustellen, besteht ihr Substrat aus einem dreidimensionalen Netz aus Glasfasern.

„Es war schwierig, unseren Prototyp zu entwickeln, da die transparenten Elektroden mit Gasdiffusion noch nie Gegenstand einer früheren Demonstration waren“, erklärt Marina Caretti, die für die Studie verantwortliche Autorin. Für jeden Schritt mussten wir neue Verfahren entwickeln. Aber da jeder Schritt relativ einfach und leicht zu skalieren ist, glaube ich, dass unser Ansatz neue Horizonte für eine Vielzahl von Anwendungen eröffnen wird, beginnend mit Gasdiffusionssubstraten für die Solarstromerzeugung. Wasserstoff.“

Von Flüssigkeit bis Luftfeuchtigkeit
Kevin Sivula und andere Forschungsgruppen haben bereits gezeigt, dass künstliche Photosynthese durch die Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser und Sonnenlicht mit einer photoelektrochemischen (PEC) Zelle erreicht werden kann. Diese Zelle ist allgemein als eine Vorrichtung bekannt, die einfallendes Licht verwendet, um ein lichtempfindliches Material zu stimulieren, beispielsweise einen Halbleiter, der in eine flüssige Lösung eingetaucht wird, um eine chemische Reaktion hervorzurufen. Aus praktischer Sicht hat das Verfahren Nachteile. Beispielsweise ist es kompliziert, großflächige PEC-Vorrichtungen herzustellen, die Flüssigkeit nutzen.

Kevin Sivula wollte zeigen, dass die PEC-Technologie angepasst werden kann, um Luftfeuchtigkeit zu gewinnen. Dies führte zur Entwicklung ihrer Gasdiffusionselektrode. Es hat sich gezeigt, dass elektrochemische Zellen eher mit Gasen als mit Flüssigkeiten arbeiten. Bisher waren Gasdiffusionselektroden jedoch undurchsichtig und mit der Solar-PEC-Technologie nicht kompatibel.

Wissenschaftler konzentrieren sich nun darauf, das System zu optimieren. Was ist die ideale Fasergröße? Die perfekte Porenweite? Die besten Halbleiter- und Membranmaterialien? Diesen Fragen gehen sie im Rahmen des europäischen Projekts „Sun-to-X“ nach, das sich der Weiterentwicklung dieser Technologie und der Entwicklung neuer Wege zur Umwandlung von Wasserstoff in flüssige Kraftstoffe verschrieben hat.

Herstellung transparenter Gasdiffusionselektroden
Um transparente Gasdiffusionselektroden herzustellen, begannen die Wissenschaftler mit einer Art Glaswolle. Dies sind im Wesentlichen Quarzfasern (oder Siliziumoxid), die durch Verschmelzen bei hoher Temperatur in Filzblätter umgewandelt werden. Anschließend werden die Platten mit einem transparenten Film aus fluorverstärktem Zinnoxid beschichtet. Ein Material, das für seine hervorragende Leitfähigkeit, Robustheit und einfache Massenproduktion bekannt ist. Diese ersten Schritte führen zu einer transparenten, porösen und leitfähigen Platte, die unerlässlich ist, um den Kontakt mit den in der Luft vorhandenen Wassermolekülen zu maximieren und Photonen passieren zu lassen. Die Platte ist mit einer weiteren Beschichtung bedeckt: einem dünnen Film aus Halbleitermaterialien, die Licht absorbieren. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00126
Diese zweite Schicht lässt noch Licht durch, obwohl sie aufgrund der großen Oberfläche des porösen Substrats undurchsichtig erscheint. So kann der Wafer bereits Wasserstoff produzieren, wenn er der Sonne ausgesetzt wird.

Die Wissenschaftler entwickelten eine kleine Kammer, die die Platte sowie eine Membran zur Abtrennung des entstehenden Gases enthält, um Messungen durchzuführen. Wenn die Kammer unter feuchten Bedingungen Licht ausgesetzt wird, entsteht Wasserstoff. Das war das Ziel der Wissenschaftler. Sie zeigen, dass es möglich ist, eine transparente Elektrode mit Gasdiffusion herzustellen, um Wasserstoff aus Sonnenenergie herzustellen.

Die Effizienz der Umwandlung haben die Wissenschaftler in ihrer Demonstration nicht formell untersucht. Aber das Team stimmt zu, dass es mit diesem Prototyp bescheiden bleibt, weniger als das, wozu flüssigkeitsbasierte PEC-Zellen in der Lage sind. Mit aktuellen Materialien beträgt der maximale theoretische Plattenwirkungsgrad für die Solar-Wasserstoff-Umwandlung 12 %, während für flüssigkeitsbasierte Zellen ein Wirkungsgrad von 19 % nachgewiesen wurde.

VERKNÜPFUNG: https://actu.epfl.ch/news/produire-de-l ... r-ambiant/

Autor: Hillary Sanctuary
Quelle: EPFL

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Referenzen
Transparente poröse leitfähige Substrate für die photoelektrochemische Wasserstofferzeugung in der Gasphase
Marina Caretti, Elizaveta Mensi, Raluca-Ana Kessler, Linda Lazouni, Benjamin Goldman, Loï Carbone, Simon Nussbaum, Rebekah A. Wells, Hannah Johnson, Emeline Rideau, Jun-ho Yum, Kevin Sivula
https://doi.org/10.1002/adma.202208740

[sicetaitsimple]

Keine Sorge, es ist Upstream-Forschung, Sie brauchen sie.
Die Frage ist, ob es beispielsweise in besonders sonnenreichen Ländern besser Wasserstoff produzieren kann als ein PV+-Elektrolysesystem, wenn man weiß, dass sie den gleichen Mangel haben, nämlich nur bei Sonnenschein zu produzieren.
Aber das System PV + Elektrolyse hat den Vorteil, dass es z.B. auch mit Windkraft (wenn keine Sonne scheint) + Elektrolyse funktioniert...
Meiner Meinung nach wird hier das System unabhängig von seinem eigentlichen Fortschritt fast endgültig getötet .....

[Obamot]

Obwohl ich die Bedeutung verstehe, die Sie ihm geben wollen ("Es scheint ein gewisser Misserfolg zu sein" ... schließlich, wie Sie sagen.) verstehen wir die Logik nicht. Man kann nicht sagen, dass es gut ist, Grundlagenforschung zu betreiben, sie sofort zu pulverisieren, indem man sie mit jahrhundertealten technologischen Fortschritten vergleicht (damals 6 % Wirkungsgrad von PV-Modulen bei Bell) und es uns sagt „dass wir, was auch immer wir als nächstes tun, es niemals überwinden können“ dieses theoretische Modell, das Sie beschreiben (obwohl Sie einen aus Sicht der Systemleistung sehr diskriminierenden Schritt hinzufügen: Elektrolyse)

Dies ist auch der Hauptvorteil der Entdeckung der EPFL: Wasserstoff direkt zu gewinnen (also Primärenergie direkt im Zustand von speicherbarem Gas).

Ohne mich zu sehr zu täuschen, erinnere ich daran, dass 12 % Wirkungsgrad für PV lange Zeit die Norm waren (amorph —> Ende 1990) und wir uns bis 2010 schon sehr über nicht allzu teure Panels freuten, etwas darunter 18 %, oder?

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Und da bekommen wir von Anfang an schon 12%.... Wow!

[sicetaitsimple]

Ich habe keinen Leistungsvergleich gemacht, geschweige denn geschrieben "dass wir, was auch immer wir als nächstes tun würden, niemals in der Lage sein würden, es zu überwinden. (was Sie in Anführungszeichen setzen!), sprach ich über den Ladefaktor einer solchen Technologie, die per Definition nur dann Wasserstoff produzieren kann, wenn die Sonne scheint.
Während ein System mit Elektrolyse je nach Verfügbarkeit rund um die Uhr betrieben werden kann, kann die Nutzung von Strom aus Sonne, Wind, Kernkraft usw.

[Christophe]

Obwohl ich die Bedeutung verstehe, die Sie ihm geben wollen ("Es scheint ein gewisser Misserfolg zu sein" ... schließlich, wie Sie sagen.) verstehen wir die Logik nicht.

(...)

Und da bekommen wir von Anfang an schon 12%.... Wow!

Die Grafik ist nicht lesbar, haben Sie keine bessere Definition?

[Obamot]

No se por qué, perdóname...

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[Christophe]

Danke, es ist besser!

Es ist schöne Wissenschaft ... eh zizi?

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[Christophe]

Uh, es ist ein bisschen WTF, nicht wahr?

H2, Elektrolyse und Wasserstress in Frankreich: