Badacze z Helmholtz-Zentrum Berlin, Ulm University i Heidelberg University przeanalizowali, w jaki sposób na biegunie południowym można wytworzyć wodór za pomocą światła słonecznego. Wywnioskowali, że w ekstremalnie zimnych regionach znacznie bardziej efektywne może być podłączenie modułów fotowoltaicznych bezpośrednio do elektrolizera, tj. połączenie ich termicznie. Powodem jest ciepło odpadowe z modułów fotowoltaicznych, które zwiększa wydajność elektrolizy w tym środowisku. Rezultaty badań są ważne także dla innych regionów, gdzie występują bardzo niskie temperatury jak na przykład Alaska, pólnocna Kanada i regiony wysokogórskie. W tych lokalizacjach wodór z energii słonecznej mógłby stać się zamiennikiem paliw kopalnych, takich jak ropa i benzyna.
„Tu na Antarktydzie latem zawsze jest jasno. To promieniowanie słoneczne mogłoby faktycznie zostać wykorzystane do zasilania w energię infrastruktury badawczej” – zauważa fizyk środowiskowy Kira Rehfeld z Uniwersytetu w Heidelbergu.
Dotychczas silniki, generatory i grzejniki w tych odległych regionach były zasilane głównie paliwami kopalnymi, jak ropa naftowa czy benzyna, które negatywnie wpływają na klimat. Oprócz wysokich kosztów ekonomicznych nawet najmniejsze wycieki tego paliwa stanowią poważny problem dla naszego ekosystemu. Rozwiązaniem, które będzie przyjazne środowisku, staje się wodór, uniwersalny nośnik energii, który także może być przechowywany w zimnych warunkach.
Dwoje badaczy – Rehfeld i May, chcący przeprowadzić badania mające sprawdzić, czy wodór można wytwarzać za pomocą światła słonecznego w temperaturach poniżej zera, zwrócili się do Fundacji Volkswagena z prośbą o dofinansowanie. Niskie temperatury mogą znacznie obniżyć wydajność elektrolizy, ale zimno faktycznie zwiększa wydajność większości modułów słonecznych.
May i Moritz Kölbach z HZB zestawili dwa różne podejścia: konwencjonalne, w którym moduł fotowoltaiczny jest termicznie i fizycznie oddzielony od zbiornika elektrolizy, oraz nowsze, sprzężone termicznie, w którym moduł fotowoltaiczny jest w bliskim kontakcie ze ścianą zbiornika elektrolizy, co sprzyja dyfuzji termicznej. W celu przybliżenia warunków panujących na Antarktydzie Kölbach wykorzystał zamrażarkę, wyciął otwór w drzwiach, zainstalował kwarcowe okno i oświetlił wnętrze szafy symulowanym światłem słonecznym. Wypełnił pojemnik do elektrolizy 30-procentowym kwasem siarkowym, który ma temperaturę zamarzania około -35 stopni Celsjusza i dobrze przewodzi prąd.
Dalej Kölbach ustawił komórki doświadczalne i przeprowadził badania. Podczas pracy okazało się, że ogniwo z termicznie sprzężonymi modułami fotowoltaicznymi wytwarzało stosunkowo więcej wodoru, ponieważ oświetlone moduły fotowoltaiczne przekazują ciepło odpadowe bezpośrednio do elektrolizera.
„Udało nam się nawet zwiększyć wydajność, dodając dodatkową izolację termiczną do elektrolizera. W rezultacie temperatura elektrolitu wzrosła podczas oświetlenia z -20 do nawet +13,5 stopni Celsjusza”, tłumaczy Kölbach.
Wodór generowany na miejscu byłby idealnym zamiennikiem paliw kopalnych i pomógłby pozbyć się zagrożeń, które zanieczyszczają środowisko oraz zmniejszyć emisje CO2. Wodór mógłby służyć nie tylko Antarktydzie, ale i innym zimnym regionom jak Alpy, Kanada, Alaska, Andy czy Himalaje.
