Според група изследователи от Университета на Пенсилвания, силата на слънцето, вятъра и морето може скоро да се обединят, за да произведат екологично водородно гориво. Екипът интегрира технологията за пречистване на водата в нов експериментален проект електролизатор за морска вода, който използва електрически ток за разделяне на водорода и кислорода във водните молекули.
Според Брус Логан, професор по екологично инженерство в Kappa и професор в университета Evan Pugh, този нов метод за "разделяне на морска вода" може да улесни преобразуването на вятърна и слънчева енергия в съхранявани и преносими горива.
„Водородът е страхотно гориво, но трябва да го получите“, каза Логан. - Единственият устойчив начин за това е да се използва възобновяема енергия и да се произвежда от вода. Също така трябва да използвате вода, която хората не искат да използват за други цели и това би била морска вода. Така че Свещеният Граал на производството на водород трябваше да комбинира морска вода, вятър и слънчева енергия, открити в крайбрежната и морската среда."
Въпреки изобилието от морска вода, тя обикновено не се използва за разделяне на водата. Ако водата не се обезсоли преди да се подаде в електролизера – скъпа допълнителна стъпка – хлорните йони в морската вода се превръщат в токсичен хлорен газ, който разрушава оборудването и се просмуква в околната среда.
За да предотвратят това, изследователите вмъкнаха тънка, полупропусклива мембрана, първоначално предназначена да пречиства водата при обработка с обратна осмоза (RO). Мембраната за обратна осмоза замени йонообменната мембрана, която обикновено се използва в електролизарите.
„Идеята зад обратната осмоза е, че оказвате наистина голям натиск върху водата, като я избутвате през мембраната и задържате хлорните йони“, каза Логан.
В електролизера морската вода вече няма да изтласква през мембраната за обратна осмоза, а ще се задържа от нея. Мембраната се използва за разделяне на реакции, протичащи в близост до два потопени електрода – положително зареден анод и отрицателно зареден катод – свързани към външен източник на енергия. Когато захранването е включено, водните молекули започват да се разделят на анода, освобождавайки малки водородни йони, наречени протони, и образувайки кислороден газ. След това протоните преминават през мембраната и се комбинират с електрони на катода, за да образуват водороден газ.
При инсталирана мембрана за обратна осмоза, морската вода остава от страната на катода и хлорните йони са твърде големи, за да преминат през мембраната и да достигнат до анода, предотвратявайки образуването на хлорен газ.
Но при разделянето на водата, както посочи Логан, други соли се разтварят умишлено във водата, за да я направят проводима. Йонообменната мембрана, която филтрира йоните чрез електрически заряд, позволява йоните на солта да преминават през нея. Няма мембрана за обратна осмоза.
Тъй като движението на по-големите йони е ограничено от RO мембраната, изследователите трябваше да проверят дали малките протони, движещи се през порите, са достатъчни, за да поддържат висок електрически ток.
В поредица от експерименти изследователите тестваха две налични в търговската мрежа мембрани за обратна осмоза и две катионобменни мембрани, вид йонообменна мембрана, която позволява движението на всички положително заредени йони в системата. Всеки от тях е тестван за устойчивост на мембраната към движението на йони. Изчислено е и количеството енергия, необходимо за завършване на реакциите, наблюдавано е образуването на газообразен водород и кислород, анализирано е взаимодействието с хлорните йони и увреждането на мембраната.
Изследователите наскоро получиха безвъзмездна помощ от 300 000 долара от Националната научна фондация (NSF), за да продължат изследванията върху електролизата на морска вода. Логан се надява, че тяхното изследване ще изиграе решаваща роля за намаляване на емисиите на въглероден диоксид в световен мащаб.
Прочетете също:
- TSMC: през 2021 г. ще се появят тестови копия на 3nm процесори
- Гравитацията причинява еднородността на Вселената