太陽エネルギーを利用した太陽化学電池は、このような問題を克服することができます。 昼に水素を生産していつでもさまざまな場所にエネルギー源として使用できますからね。 さらに、水素を利用して様々な化学反応に使用できます。
しかし、ここには様々な技術的障壁が存在します。 短期間太陽エネルギーを利用して水素と酸素に分離する触媒は以前から知られているが、商業化を利用しては数年であり、長期的に安定して量産が可能でなければならないです。
ここに酸素と水素がお互いによく分離されて爆発事故の危険性があってはならず、、高いエネルギー転換効率性で、単位面積当たりの十分な生産が可能としなければなりません。 そして総合的にはこのすべての過程が経済的に行われることができる触媒と反応装置が必要です。 (例えば、とても単価が高いレアアースを使用する触媒や高い反応容器を使用してはならないという話)
近づいた人工光合成の夢?
この課題を達成するためにカリフォルニア工科大学の学科の米エネルギー省の人工光合成合同研究(Joint Center for Artificial Photosynthesis(JCAP)チームは、新たな形の触媒と反応容器を開発する研究を2010年から進めてきました。 そして、もう人工光合成に夢に一歩近寄ったプロトタイプを出しました。
太陽エネルギーを利用して水を直接電気分解するのに困難はいろいろあるが、その中で電解質の水溶液がシリコンやガリウム砒素のような太陽エネルギーをよく吸収する物質を酸化(簡単に言って、さびついて)させるという問題でした。
この問題を克服するためにJCAPの科学者たちは62.5nm厚さの超薄膜酸化チタニウム(TiO2)を利用して防ぐことが分離しました。 彼らが作った太陽光反応容器は、酸素と水素がお互いに混合されず、幕で分離される特徴を持っています。
彼らが作った反応容器は非常に小さいが、10%という良い効率を見せ、40時間にわたって安定的に作動しました。 今後の課題は大規模の水素生産が可能な安くて長持ちする反応装置です。 一応JCAPのプロトタイプは目標に最も近く到達したという評価を受けているが、まだほど遠い状態です。
近未来に水素を大量に生産する太陽化学工場が大衆化なるかはまだ分からないが、このようなやり方で研究が進めば、不可能なことではないと思われます。
参考 http://phys.org/news/2015-08-artificial-leaf-harnesses-sunlight-efficient.html#jCp
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