Page 11 - מגזין הטכניון | חורף 2013

ופיתוח
מחקר
ה
דוקטורנט חן דותן, מהפקולטה למדע
והנדסה של חומרים, פיתח שיטה
חדשנית לביצוע פוטו-אלקטרוליזה של
מים - תהליך המאפשר אגירה יעילה של
אנרגיית השמש והפקת דלק.
"לנוכח העליה במודעות לחשיבותה של
אנרגיה ירוקה נעשים נסיונות נרחבים
למצוא דרכים חדשות לאגירת אנרגיה
ולאספקתה," מסביר פרופסור אבנר
רוטשילד, המנחה את דותן בעבודת
הדוקטורט. "אחת הדרכים לאגירת אנרגיית
השמש היא פירוק מים למימן ולחמצן
באמצעות פוטו-אלקטרוליזה. המימן הנוצר
בתהליך זה יכול לשמש כדלק, שאותו ניתן
להמיר לחשמל באמצעות תאי דלק בתהליך
נקי וידידותי לסביבה."
תחמוצת ברזל: יתרונות וחסרונות
פוטו-אלקטרוליזה נעשית בין אלקטרודות
העשויות מחומרים מוליכים-למחצה. אחד
החומרים המתאימים לכך הוא תחמוצת
) - חומר מוליך למחצה, Fe2O 3ברזל (
המוכר כחלודה וניתן להפקה פשוטה וזולה.
בניגוד לרוב המכריע של חומרים מוליכים-
למחצה, תחמוצת הברזל יציבה במים,
ולכן אפשר להשתמש בה בשכבות ההתקן
הפוטו-אלקטרוליטי מבלי שתיפגע.
הבעיה עם אלקטרודות מתחמוצת ברזל היא
יעילות אנרגטית נמוכה, הנובעת מהקושי
לשלב בין בליעת-אור יעילה לבין הפרדה
ואיסוף של המטענים שנוצרים בתהליך.
הפתרון של דותן ועמיתיו מבוסס על שימוש
במראה המחזירה את האור לשכבת
תחמוצת הברזל. בעזרת שותפיו* שיכלל
דותן את השיטה ויצר פוטו-אלקטרודות
משכבות דקות של תחמוצת ברזל על גבי
מצע זכוכית המצופה בחומר מחזיר אור
העשוי מסגסוגת כסף-זהב. סגסוגת זו,
אשר פותחה על ידי המשתלמים אלעד
שרלין ואושרי בלנק מקבוצת המחקר של
פרופסור רוטשילד, ייחודית בכך שהיא
משלבת החזרה כמעט מלאה של האור
במימן המיוצר בתהליך המתואר למעלה
אפשר להשתמש גם כחומר גלם ליצירת
דלק נוזלי, באמצעות אינטראקציה בינו
לבין פחמן דו-חמצני או שאריות צמחים
(ביו-מסה). הדלק המופק בשיטה זו
מכונה "דלק סולרי" והוא עשוי להוות
תחליף לדלק מחצבי (כגון נפט וגז
טבעי).
הדלק הסולרי, בניגוד לדלק פוסילי,
מופק ממקורות מתחדשים ואינו גורם
לעליה בריכוז הפחמן הדו-חמצני
באטמוספירה.
המחקר האמור, שעליו דיווח כתב
, התבצע Nature Materialsהעת
במלואו בטכניון - במעבדה לחומרים
והתקנים אלקטרו-קרמיים בפקולטה
למדע והנדסה של חומרים, בשיתוף עם
המעבדה לייצור ואפיון תאים סולריים
במרכז זיסאפל למיקרו-אלקטרוניקה
וננו-אלקטרוניקה. מעבדות אלו הוקמו
בעזרת המכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל
) ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד RBNIברי (
). המחקר מומן בעבר על GTEPבטכניון (
ידי תוכנית המחקר של האיחוד האירופי
), וכיום הוא ממומן בעזרת תוכנית FP7(
קמין לקידום מחקר יישומי נבחר מטעם
משרד התמ"ת, תוכנית מרכזי המצוינות
של הוועדה לתכנון ותקצוב והקרן
הלאומית למדע, ותוכנית הננו הממוקדת
בנושא ננו-פוטוניקה לגילוי וחישה.
אנרגיה מתחדשתדלק סולרי -
11
אגירת אנרגיה והפקת דלק ירוק -
טכנולוגיות חדשות
תא פוטו-אלקטרוכימי
בפעולה: כליאת האור
בין שכבות החלודה
גורמת לפירוק המים
וליצירת בועות של
מימן וחמצן
(באורכי גל בתחום הנראה) ושמירה על יציבות
לאורך זמן. האלקטרודות הללו השיגו יעילות
גבוהה, המתבטאת בקצב חסר תקדים של
פירוק מים ויצירת חמצן ומימן.
כליאת האור בשכבות דקות כל כך, בעובי
של כמה עשרות ננו-מטרים, מהווה פריצת
דרך חשובה הצפויה לאפשר גם פיתוח תאים
פוטו-וולטאים זולים ויעילים משכבות דקות
CdTeשל תרכובות מוליכות-למחצה (כגון
). החוקרים מעריכים כי Cu (In,Ga)Se2ו-
השיטה תאפשר צמצום דרסטי (כ-%09)
בעובי האלקטרודות, העשויות מחומרים נדירים
ויקרים מאוד, ובכך להוזיל משמעותית את
עלות התאים.
עופר כפיר, משתלם לתואר דוקטור בקבוצת *
המחקר של פרופסור אורן כהן מהפקולטה
לפיזיקה בטכניון, ומשתלמים אחרים בקבוצת
המחקר של פרופסור רוטשילד.
כשהחלודה
רואה אור
צילום: מיקי קורן