Immagine microscopica elettronica di una nanoforesta, o "array di nanofili ramificati 3D". Tinta verde aggiunta per contrasto. Credito immagine:Wang Research Group, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
(PhysOrg.com) -- Università della California, Gli ingegneri elettrici di San Diego stanno costruendo una foresta di minuscoli alberi di nanofili per catturare in modo pulito l'energia solare senza utilizzare combustibili fossili e raccoglierla per la generazione di combustibile a idrogeno. Reportage sul giornale Nanoscala , il team ha detto nanofili, che sono realizzati con abbondanti materiali naturali come silicio e ossido di zinco, offrono anche un modo economico per fornire carburante a idrogeno su larga scala.
“Questo è un modo pulito per generare carburante pulito, "ha detto Deli Wang, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la UC San Diego Jacobs School of Engineering.
La struttura verticale e i rami degli alberi sono le chiavi per catturare la massima quantità di energia solare, secondo Wang. Questo perché la struttura verticale degli alberi cattura e assorbe la luce mentre le superfici piane semplicemente la riflettono, Wang ha detto, aggiungendo che è anche simile alle cellule fotorecettrici retiniche nell'occhio umano. Nelle immagini della Terra dallo spazio, la luce si riflette su superfici piane come l'oceano o i deserti, mentre le foreste appaiono più scure.
Il team di Wang ha imitato questa struttura nella loro "array di nanofili ramificati 3D" che utilizza un processo chiamato scissione fotoelettrochimica dell'acqua per produrre gas idrogeno. La scissione dell'acqua si riferisce al processo di separazione dell'acqua in ossigeno e idrogeno per estrarre il gas idrogeno da utilizzare come combustibile. Questo processo utilizza energia pulita senza sottoprodotti di gas serra. A confronto, l'attuale modo convenzionale di produrre idrogeno si basa sull'elettricità da combustibili fossili
Raccogliendo più luce solare utilizzando la struttura verticale del nanoalbero, Il team di Wang ha sviluppato un modo per produrre più idrogeno in modo efficiente rispetto alle controparti planari in cui la luce viene semplicemente riflessa dalla superficie. Credito immagine:Wang Research Group, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
"L'idrogeno è considerato un combustibile pulito rispetto ai combustibili fossili perché non c'è emissione di carbonio, ma l'idrogeno attualmente utilizzato non è generato in modo pulito, "ha detto Ke Sun, uno studente di dottorato in ingegneria elettrica che ha guidato il progetto.
Raccogliendo più luce solare utilizzando la struttura verticale del nanoalbero, Il team di Wang ha sviluppato un modo per produrre più combustibile a idrogeno in modo efficiente rispetto alle controparti planari. Wang è anche affiliato al California Institute of Telecommunications and Information Technology e al Material Science and Engineering Program dell'UC San Diego.
La struttura a rami verticali massimizza anche la produzione di gas idrogeno, disse Sole. Per esempio, sulla superficie piatta e larga di una pentola di acqua bollente, le bolle devono diventare grandi per venire a galla. Nella struttura del nanoalbero, bolle di gas molto piccole di idrogeno possono essere estratte molto più velocemente. "Inoltre, con questa struttura, abbiamo potenziato, di almeno 400, 000 volte, la superficie per le reazioni chimiche, " disse Sole.
In questo esperimento, gli elettrodi nanotree sono immersi nell'acqua e illuminati dalla luce solare simulata per misurare la produzione di elettricità del dispositivo. Credito fotografico:Joshua Knoff, UC San Diego Jacobs School of Engineering.
A lungo termine, ciò a cui mira il team di Wang è ancora più grande:la fotosintesi artificiale. Nella fotosintesi, poiché le piante assorbono la luce solare, raccolgono anche anidride carbonica (CO 2 ) e acqua dall'atmosfera per creare carboidrati per alimentare la propria crescita. Il team di Wang spera di imitare questo processo per catturare anche la CO 2 dall'atmosfera, riduzione delle emissioni di carbonio, e convertirlo in combustibile idrocarburico.
“Stiamo cercando di imitare ciò che fa la pianta per convertire la luce solare in energia, " disse Sole. "Speriamo che nel prossimo futuro la nostra struttura 'nanoalbero' possa eventualmente far parte di un dispositivo efficiente che funzioni come un vero albero per la fotosintesi".
Il team sta anche studiando alternative all'ossido di zinco, che assorbe la luce ultravioletta del sole, ma presenta problemi di stabilità che influiscono sull'utilizzo a vita della struttura del nanoalbero.
