Aurinkoenergian varastointi aurinkopolttoaineiksi

Abstract

Työssä tarkastellaan aurinkoenergian varastointia aurinkopolttoaineiksi käyttämällä valosähkökemiallista (PEC) vedyn tuotantoa sekä hiilidioksidin pelkistämistä. Vedyn tuottamiseen tai hiilidioksidin pelkistämiseen käytetään aurinkokennorakennetta, jossa valoaktiivinen kenno ja katalyyttisesti aktiiviset pinnat ovat yhtä ja samaa rakennetta. Tällainen kenno on upotettuna elektrolyyttiin, jonka täytyy olla läpinäkyvää, jotta auringon valo pääsisi osumaan kennon pintaan. Kennon pinnalla tapahtuu joko veden elektrolyysi tai hiilidioksidin pelkistyminen riippuen lähtöaineista sekä katalyyttipinnoista. Tällainen aurinkokenno mahdollistaisi aurinkoenergian varastoinnin ja käytön suuressa mittakaavassa. Työn tutkimuksen tavoitteena oli selvittää aurinkokennon anodille tulevan ruteenikatalyyttipinnan kestävyyttä sähkökemiallisissa olosuhteissa. Aurinkoenergian varastointi on todella tutkittu aihe, sillä perinteisesti aurinkoenergia varastoidaan akkuihin, joista käytettävä sähkö sitten otetaan. Akkujen suurin ongelma on kuitenkin se, että niiden kapasiteetti on hyvin pientä verrattuna kulutukseen. Siksi on alettu tutkimaankin aurinkoenergian varastointia polttoaineiksi, joita voitaisiin käyttää silloinkin, kun aurinko ei paista. Vetykaasu on todella potentiaalinen vaihtoehto tuotettavaksi polttoaineeksi, sillä se ei tuota päästöjä ilmakehään ja se on helposti palavaa. Työn kokeellisessa osassa analysoitiin kolmen eri lämpötilassa kuumennetun ruteenikalvon stabiilisuutta sähkökemiallisissa olosuhteissa. Kokeellinen työ suoritettiin pintatieteen tutkimusryhmän toimesta osana heidän tutkimustaan, ja mittaustulokset on saatu heiltä analysointia varten tähän kandidaatintyöhön. Tutkimuksessa käytettiin röntgenfotoelektronispektroskopiaa, jolla pystyttiin mittaamaan kalvossa tapahtuvia muutoksia sähkökemiallisen stabiilisuustestin aikana. Tulosten analysoinnin perusteella kuumennettu ruteenikalvo on huomattavasti stabiilimpi kuin kuumentamaton. Tuloksista voidaankin päätellä, että metallinen ruteeni on liukenevaa, kun taas ruteenioksidi ei liukene elektrolyyttiin sähkökemiallisissa olosuhteissa.