Tohtori Tuomo Suntolan kehittämän ALD-atomikerrostekniikan avulla kasvatetut titaanidioksidiohutkalvot voivat olla ratkaisijana tulevaisuuden aurinkopolttoaineiden tuotannossa. Alueen kehityksestä väittelee ensi perjantaina Tampereen yliopistossa DI Jesse Saari.
Väitöskirjaansa varten Saari tutki atomikerroskasvatettuja titaanidioksidiohutkalvoja, jotka voivat merkittävästi parantaa valosähkökemiallisten aurinkopolttoaineiden tuottamisessa käytettävien materiaalien kestävyyttä ja siten auttaa uusiutuvia energialähteitä hyödyntävän energiateknologian käyttöönotossa.
Tulevaisuudessa houkutteleva tapa varastoida aurinkoenergiaa on auringonvalolla tehtävä veden tai hiilidioksidin elektrolyysi, jonka avulla voidaan tuottaa aurinkopolttoaineita kuten metanolia.
Tutkimuksessaan Jesse Saari keskittyi titaanidioksidiohutkalvojen rakenteeseen, ominaisuuksiin ja käyttöön suojaavana pinnoitteena valoa absorboiville materiaaleille, joita hyödynnetään aurinkopolttoaineiden tuotannossa. Inspiraatio valosähkökemialliseen aurinkopolttoaineiden tuotantoon on peräisin luonnosta, jossa kasvit varastoivat fotosynteesin avulla auringon energiaa sokerien kemiallisiin sidoksiin.
Titaanidioksidiohutkalvot valmistettiin atomikerroskasvatuksella, koska se tarjoaa Jesse Saaren mukaan nanomittakaavan ohutkalvoja, jotka ovat ihanteellisia suojaamaan kaksi- tai kolmiulotteisia kappaleita.
Näin tulevaisuudessa aurinkopolttoaineita voitaisiin tuottaa esimerkiksi valosähkökemiallisella aurinkopolttoainereaktorilla, joka on hiilineutraali ja kustannustehokkaampi ratkaisu kuin valmistusmenetelmät, jotka hyödyntävät fossiilisia raaka-aineita kuten esimerkiksi maakaasua.
Valosähkökemiallisten aurinkopolttoainereaktorien kehitys on kuitenkin vielä vasta alkuvaiheessa ja erityisesti reaktoreissa käytettävien materiaalien kestävyyttä tarvitsee parantaa. Atomikerroskasvatuksella valmistettuja titaanidioksidiohutkalvoja pidetään lupaavimpina vaihtoehtoina valosähkökemiallisten kennojen komponenttien suojaamiseen, mutta ohutkalvojen ominaisuuksia tarvitsee vielä optimoida aurinkopolttoainereaktorien valmistuksen mahdollistamiseksi.
Taustaa: Väitöstyön tehnyt DI Jesse Saari Hän aloitti opintonsa vuonna 2012 ja on vuodesta 2013 lähtien työskennellyt Tampereen yliopiston pintatieteen tutkimusryhmässä tutkien atomikerroskasvatusmenetelmällä valmistettujen ohutkalvojen ominaisuuksia. Saari teki myös opinnäytetyönsä samasta aiheesta. Hänen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Defect, Phase, and Interface Engineering of Titanium Dioxide Thin Films Grown by Atomic Layer Deposition for Solar Fuel Production tarkastetaan 9.12.2022 perjantainan Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa. Tarjolla on myös verkon kautta etäyhteys.
Lisää: Väitöskirjatyö verkossa (LINKKI, pdf, 63 Mt).
Kuva: Väitöskirjatutkija Jesse Saari, Tampereen yliopisto/Lauri Palmolahti