Med planternes fotosyntese som forbillede har amerikanske og australske forskere fundet frem til en ny måde at bruge sollyset til at spalte vand i bestanddelene ilt og brint – som derefter kan bruges som brændstof i en brændselscelle.

På efterårsmødet i American Chemical Society i Washington D.C. fremlagde de for nylig det interessante forskningsresultat, der kombinerer en farvestof-solcelle med en mangan-katalysator.

I planter sker den naturlige fotosyntese ved, at sollys rammer klorofyl og andre molekyler og derved bringer elektroner op i en højere energitilstand. Med hjælp af plantens naturlige calcium-mangan-oxid-katalysator spaltes vand derved i ilt og brint.

Planter svære at efterligne
Professor Charles Dismukes fra Rutgers University i New Jersey er en af de mange forskere, som gennem flere år har forsøgt at lave en kunstig version af den naturlige mangan-katalysator. Det har vist sig vanskeligt, da planter anvender et specielt protein til at stabilisere mangan-atomerne i en kubisk form, der er afgørende for virkemåden.

For et par år siden lykkedes det dog for Dismukes’ forskergruppe at fremstille en proton-ledende membran med en mangan-katalysator, der minder om den naturlige katalysator.

Nu har Dismukes i samarbejde med blandt andre Gerhard Swiegers fra University of Wollongong i Australien kombineret denne katalysatorimprægnerede membran med en farvestof-solcelle.

I en farvestof-solcelle vil sollys eksitere en elektron i et organisk farvestof. Elektronen overføres til en nanopartikel af titaniumoxid (TiO2) og giver derved anledning til en elektrisk strøm.

Cellen består af to elektroder i vand adskilt af en plastikmembran, der kun tillader protoner at passere i én retning. Sollys opfanges i farvestoffet, som injicerer elektroner ind i partikler af titanium-oxid. Som resultat heraf flyder elektroner i et ydre kredsløb.

Mangan-katalysatoren vil også opfange sollys – og i dette tilfælde vil det betyde, at elektroner opsnappes fra vandmolekylerne og føres tilbage til farvestofmolekylerne, som derved ”genoplades”. Når vandmolekylet mister elektroner, spaltes det i molekylært oxygen og protoner.

Protonerne går gennem membranen til katoden, hvor de finder sammen med elektroner fra det ydre kredsløb og bliver til molekylært hydrogen. Og processen med at omdanne sollys til hydrogen er dermed fuldendt.

Skal forbedres 15 gange
Gerhard Swiegers forklarer til Science, at teknologien skal forbedres med en faktor 15 for at kunne konkurrere med andre metoder. Men Dismukes’ forskningsgruppe har idéer til, hvordan det måske kan lykkes.

Til trods for det foreløbig noget middelmådige udbytte har forskningsresultatet dog vakt opsigt. Michael Grätzwel fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne i Schweiz, der en verdens førende eksperter i farvestofsolceller, siger til Science, at der er tale om et vigtigt skridt fremad.