(PhysOrg.com) -- Universiteit van Californië, De elektrotechnici van San Diego bouwen een bos van kleine nanodraadbomen om zonne-energie schoon op te vangen zonder fossiele brandstoffen te gebruiken en deze te oogsten voor de opwekking van waterstof. Rapporteren in het journaal nanoschaal , het team zei nanodraden, die zijn gemaakt van overvloedige natuurlijke materialen zoals silicium en zinkoxide, bieden ook een goedkope manier om waterstofbrandstof op grote schaal te leveren.

“Dit is een schone manier om schone brandstof op te wekken, " zei Deli Wang, professor in de afdeling Electrical and Computer Engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering.

De verticale structuur en takken van de bomen zijn de sleutel tot het vastleggen van de maximale hoeveelheid zonne-energie, volgens Wang. Dat komt omdat de verticale structuur van bomen licht grijpt en adsorbeert, terwijl vlakke oppervlakken het gewoon weerkaatsen, Wang zei, eraan toevoegend dat het ook vergelijkbaar is met retinale fotoreceptorcellen in het menselijk oog. In beelden van de aarde vanuit de ruimte, licht weerkaatst op vlakke oppervlakken zoals de oceaan of woestijnen, terwijl bossen donkerder lijken.

Het team van Wang heeft deze structuur nagebootst in hun "3D vertakte nanodraadarray", die een proces gebruikt dat foto-elektrochemische watersplitsing wordt genoemd om waterstofgas te produceren. Watersplitsing verwijst naar het proces waarbij water wordt gescheiden in zuurstof en waterstof om waterstofgas te extraheren dat als brandstof kan worden gebruikt. Dit proces maakt gebruik van schone energie zonder bijproduct van broeikasgassen. Ter vergelijking, de huidige conventionele manier om waterstof te produceren is gebaseerd op elektriciteit uit fossiele brandstoffen

“Waterstof wordt beschouwd als schone brandstof in vergelijking met fossiele brandstof omdat er geen koolstofemissie is, maar de waterstof die momenteel wordt gebruikt, wordt niet schoon gegenereerd, " zei Ke Sun, een promovendus in de elektrotechniek die het project leidde.

Door meer zonlicht te oogsten met behulp van de verticale nanoboomstructuur, Het team van Wang heeft een manier ontwikkeld om efficiënter meer waterstofbrandstof te produceren in vergelijking met vlakke tegenhangers. Wang is ook verbonden aan het California Institute of Telecommunications and Information Technology en het Material Science and Engineering Program aan de UC San Diego.

De verticale takstructuur maximaliseert ook de output van waterstofgas, zei zon. Bijvoorbeeld, op het platte brede oppervlak van een pan met kokend water, bellen moeten groot worden om naar de oppervlakte te komen. In de nanoboomstructuur, zeer kleine gasbelletjes waterstof kunnen veel sneller worden geëxtraheerd. "Bovendien, met deze structuur, we hebben verbeterd, met minstens 400, 000 keer, het oppervlak voor chemische reacties, ’ zei Zon.

Op lange termijn, waar het team van Wang naar streeft, is nog groter:kunstmatige fotosynthese. Bij fotosynthese, omdat planten zonlicht opnemen, verzamelen ze ook koolstofdioxide (CO ₂ ) en water uit de atmosfeer om koolhydraten te creëren om hun eigen groei te voeden. Wangs team hoopt dit proces na te bootsen om ook CO . af te vangen ₂ uit de atmosfeer, vermindering van de CO2-uitstoot, en zet het om in koolwaterstofbrandstof.

“We proberen na te bootsen wat de plant doet om zonlicht om te zetten in energie, ’ zei Zon. "We hopen dat onze 'nanotree'-structuur in de nabije toekomst deel kan uitmaken van een efficiënt apparaat dat functioneert als een echte boom voor fotosynthese."

Het team bestudeert ook alternatieven voor zinkoxide, die het ultraviolette licht van de zon absorbeert, maar heeft stabiliteitsproblemen die het levenslange gebruik van de nanotree-structuur beïnvloeden.