Aurinkovedyn edistysaskel: Oulun yliopistossa onnistuttiin tuottamaan vetyä pitkäaikaisella ja halvalla katalyytilla luonnonvedestä auringonvalolla

H2O-vesimolekyylin hajottaminen vedyksi ja hapeksi valon avulla tarjoaa uusiutuvan ja päästöttömän ratkaisun energiapulmaan. Valokatalyysiä on tutkittu ja kokeiltu jo kymmeniä vuosia ympäri maailmaa, mutta ongelmana on ollut kestävän ja tehokkaan katalyytin löytäminen. Katalyytit ovat olleet lyhytikäisiä tai harvinaisia metalleja, missä on omat ongelmansa. Oulun yliopiston uutena katalyyttinä toimii molybdeenisulfidi, jota löytyy luonnosta runsaasti esimerkiksi graniitista. Molybdeenisulfidin lisäksi katalyytin heteroliitokseen tarvitaan nikkeliä ja hopeaa hopeiseksi nanoliimaksi, mutta näitä metalleja tarvitaan häviävän vähän, jolloin katalyytti on erittäin kustannustehokasta.

Laboratorio-olosuhteissa Oulun yliopiston uudella katalyytillä on tuotettu vetyä luonnonvedestä auringonvalon avulla 86 vuorokauden ajan ilman tehon heikkenemistä. Katalyytillä on saavutettu seitsemän prosentin tehokkuus; viittä prosenttia pidetään kannattavuuden rajana. Lisäksi fotokatalyysissä käytetty luonnonvesi puhdistuu prosessissa.

“Teoria on todistettu ja kehittämämme katalyytti on helppo ja halpa valmistaa, ja lisäksi se on hyvin kestävä. Aurinkovety tarvitsee vielä vuosien tutkimustyötä, ennen kuin se on hyödynnettävissä suuressa mittakaavassa. Nyt on tärkeää, että rahoitusta ja resursseja kohdistetaan työhön, joka tähtää reaktoriteknologian kehittämiseen sekä kaupallisten ratkaisujen ja yritystoiminnan luomiseen. Tekniikka on nyt murrosvaiheessa,” sanoo uutta tutkimusta vetänyt professori Marko Huttula Oulun yliopistosta. “Vedyn käyttäminen suoraan esimerkiksi auton moottorissa on aidosti vihreää, sillä vedyn palamisesta tulee ainoastaan vettä.”

Aurinkovety vaihtoehdoksi suuret määrät sähköä vaativalle elektrolyysi-vedylle

Tällä hetkellä vetyä tuotetaan maailmalla pääosin fossiilisista polttoaineista CO2-päästöjä tuottavalla höyryreformilla noin 80 miljoonaa tonnia vuodessa. Lähitulevaisuuden vetysiirtymässä pyritään vedyn tuotannon moninkertaistamiseen sekä päästöttömiin tai vähäpäästöisiin vedyn tuotantomenetelmiin.

Vetyaurinkokennot toimivat tuttujen aurinkokennojen tapaan ja tuottavat vetyä, kun kennossa oleva vesi ja katalyytti reagoivat auringonvaloon. Oulun yliopiston tutkijat ovat myös tutkineet perhosten siipien ja kasvien lehtien rakenteita kehittämään paneeleita, jotka hyödyntävät entistä tehokkaammin auringonvaloa.

Aurinkovedyn etuna elektrolyysiin eli sähkön avulla tapahtuvaan vedyn tuottamiseen on se, että se ei vaadi muuta kuin Auringon energiaa. Elektrolyysiin tarvittavaa sähköä voidaan tietysti tuottaa uusiutuvilla energiamuodoilla kuten tuulella, mutta energiahäviötä tulee elektrolyysissä noin 40 prosenttia. “EU-tasolla energian tarve elektrolyysillä vedyn tuottamiseen vuonna 2050 on 2800 terawattituntia, mikä tarkoittaisi noin 250 000 - 460 000 uuden tuulivoimalan rakentamista, eikä tämä ole realistista”, Huttula muistuttaa.

“Vetysiirtymä tarvitaan ilman muuta ja siihen nähden jokainen uusi tuulivoimala on tervetullut. Kokonaiskuvaa täytyy katsoa kuitenkin suuremmassa mittakaavassa, ja silloin aurinkovety on yksi lupaavista keinoista, joilla maapallon energiaongelma voidaan ratkaista”, Huttula sanoo.

Huttulan ja työryhmän tuore artikkeli “Nickel nanoparticle-activated MoS2 for efficient visible light photocatalytic hydrogen evolution” julkaistiin Nanoscale-julkaisussa 28.4.2022.

• Tutkimusartikkeli: https://doi.org/10.1039/D2NR01489K