Veden halkaisu on prosessi, jossa veden kemiallinen yhdiste hajotetaan sen ainesosiksi vety ja happi. Veden jakamiseen on monia lähestymistapoja, joista yleisin on elektrolyysi, jossa sähkövirta johdetaan veden läpi vety- ja happi -ionien tuottamiseksi. Vaikka monet veden halkaisumenetelmät eivät ole energiatehokkaita vedyn ja hapen erottamiseksi vedestä tarvittavan energian suhteen verrattuna energiaan, joka voidaan myöhemmin saada puhtaasta vedystä polttoaineeksi, prosessia pidetään kuitenkin mahdollisena vaihtoehtona riippuvuus fossiilisista polttoaineista. Sovellukset, jotka käyttävät aurinkovoimaa ja uusia kemiallisia katalyyttejä veden jakamiseen, tarjoavat lupaavan tavan tuottaa uusiutuvaa nettoenergiaa tuottamatta kasvihuonekaasupäästöjä tai muita epäpuhtauksia prosessissa.
Nyt käytetään fotokatalyyttistä veden halkaisua käyttämällä valon energiaa tai muita uusiutuvia energialähteitä, kuten tuulivoimaa, sähkövirran tuottamiseen uusissa elektrolyysimuodoissa. Tavoitteena on luoda veden halkaisujärjestelmä, joka perustuu kokonaan uusiutuviin energialähteisiin, kuten auringonvaloon, mikä tekee vedyn tuotannosta kilpailukykyisen fossiilisia polttoaineita vastaan. Prosessin haasteena on ollut kehittää elektrodeja, jotka on valmistettu edullisista ja kestävistä materiaaleista. Koboltti- ja nikkeliboraattiyhdisteiden on havaittu parantavan tehokkuutta ja ne ovat halpoja ja helppoja valmistaa. Vaikka nämä uudet elektrodiyhdisteet ovat turvallisia kaupallisissa aurinkopolttoaineita tuottavissa järjestelmissä, ne eivät voi vielä kilpailla teollisten elektrolyysimenetelmien tehokkuuden kanssa, joissa käytetään vaarallisia alkaliyhdisteitä elektrolyyttiliuoksina.
Veden halkaisumekanismit, jotka tarjoavat eniten lupauksia energian saannissa, perustuvat fotosynteesiprosessiin, jota kasvit käyttävät auringonvalon muuttamiseen kemialliseksi energiaksi. Vaikka luonnolliset järjestelmät tähän ovat hyvin hitaita ja keinotekoisia järjestelmiä, jotka jäljittelevät sitä, niiden tehokkuus oli aluksi alle 1%, kun niitä tutkittiin vuonna 1972 Japanissa, uudet prosessit lisäävät vedyn tuotantoa. Japanilaiset tutkijat alkoivat vuonna 2007 päällystää hydratusta mikrokiteisestä piistä valmistettuja elektrodeja platinan nanohiukkasilla, mikä lisäsi edelleen elektrodien vakautta ja käyttöikää sekä niiden katalyyttistä kykyä jakaa vettä.
Samanlainen tutkimus National Renewable Energy Laboratory (NREL) -yhtiössä Yhdysvalloissa tähtää aurinkoenergian ja vetyhyötysuhteen muuntamisprosenttiin 14% vuonna 2015, ja elektrodien kestävyys on kasvanut 1,000 tunnista vuonna 2005 20,000 2015 tuntiin vuonna XNUMX. Kun tämä tehokkuus kasvaa, vastaavat vetypolttoaineiden tuotantokustannukset pienenevät, ja Yhdysvaltain dollari (USD) kilolta ($/kg) tuottaa H
2
Vuonna 2005 360 dollaria/kg, 5 dollariin/kg vuonna 2015. Jopa tällä tasolla veden halkaisu vedyn tuottamiseksi on edelleen kolmesta kymmeneen kertaa kalliimpaa kuin vetypohjaisten polttoaineiden tuottaminen
maakaasu
. Tutkimuksella on vielä matkaa ennen kuin se on taloudellisesti kilpailukykyinen vakiintuneen energia -alan kanssa.