Новый прототип устройства вырабатывает водород из неочищенной морской воды
Ученые нашли умный способ получения водорода прямо из соленой морской воды. Это может стать еще одним шагом на пути к чистой энергии в будущем, если возобновляемые источники энергии будут использоваться в процессе.
Новое устройство вносит несколько химических модификаций в существующие технологии, позволяя извлекать водород из необработанной, неочищенной морской воды, что может уменьшить опасения по поводу использования драгоценных запасов воды.
«Мы разделили природную морскую воду на кислород и водород… для производства зеленого водорода путем электролиза, используя недрагоценный и дешевый катализатор в коммерческом электролизере», – объясняет инженер-химик. Шичжан Цяо из Университета Аделаиды в Австралии.
Традиционно водородное топливо изготавливается с использованием природного газа, но его также можно получить с помощью электролиза.
Электролиз — это процесс расщепления воды. реакция, которая использует электричество, чтобы вытолкнуть атомы водорода из молекул воды в форме локтя, и электролизер — это устройство, в котором это происходит.
Прямо сейчас этот процесс может быть достигнут с использованием электричества из ископаемого топлива или возобновляемых источников энергии. источники энергии, но обе системы требуют пресной воды. Поиск способа достижения электролиза с использованием морской воды может сделать будущее производства экологически чистого водородного топлива гораздо более устойчивым.
Исследователи пытались разработать альтернативу коммерческим электролизерам, которые работают только с очищенной пресной водой, из беспокойство по поводу нехватки воды.
Доступная пресная вода составляет всего 1 процент от общего количества воды на Земле, но существует практически безграничный запас морской воды, которую можно использовать.
В то время как опасения по поводу нехватки воды верны, недавние оценки показывают, что количество воды, необходимое для поддержания будущего использования водорода, намного меньше, чем триллионы литров воды, используемые сегодня для извлечения и сжигания ископаемого топлива.
Ученые все еще помнят об этом. воздействие на окружающую среду, однако. В течение десятилетий они пытались разработать устройства для производства водорода из морской воды, но постоянно сталкивались с рядом препятствий.
При попадании в электролизер нежелательные ионы хлора в морской воде разрушают каталитические материалы, предназначенные для получения водорода. , реакция расщепления воды. Также образуются массивные нерастворимые осадки, блокирующие места реакции и препятствующие крупномасштабному производству.
Новая система, разработанная Цяо и его коллегами, позволяет избежать обеих этих проблем.
Как описано в их новой статье, исследователи нанесли твердую кислоту Льюиса на ряд обычных катализаторов на основе оксида кобальта, чтобы расщепить молекулы воды. В серии испытаний модифицированные катализаторы устойчивы к воздействию хлора и предотвращают образование осадков.
«Это общая стратегия, которую можно применять к различным катализаторам без необходимости в специально разработанных катализаторах и конструкции электролизера. «, пишут исследователи в своей опубликованной статье.
Хотя это звучит многообещающе, многолетние усилия по разработке электролизеров морской воды должны служить напоминанием о проблемах, стоящих перед коммерциализацией этой или любой другой технологии.
>
«Прямой электролиз морской воды без процесса очистки и химических добавок очень привлекателен и исследуется уже около 40 лет, но основные проблемы этой технологии остаются как в разработке катализаторов, так и в конструкции устройств», — отмечают исследователи. p>
Недавний прогресс обнадеживает, поскольку это новое устройство является одной из многих многообещающих попыток получения водорода из морской воды.
Например, ученые из Китая и Австралии недавно разработали прототип устройства, предназначенного для плавания на поверхности океана и выделения водорода из морской воды с использованием солнечной энергии. Другой прототип, находящийся в разработке, использует совершенно другой подход, собирая воду из влажного воздуха перед извлечением водорода.
Конечно, прототипы далеки от методов промышленного масштаба, поэтому хорошо иметь здоровое сочетание потенциальные системы в разработке, чтобы увидеть, какие из них работают.
Цяо и его коллеги работают над расширением своей системы с помощью более крупного электролизера. Но многие факторы могут создать или разрушить потенциальную технологию.
Коммерциализация любого процесса сводится к стоимости материалов, затрат энергии и эффективности в масштабе, где небольшой выигрыш может иметь большое значение в том, сколько водорода
Кобальт, материал, используемый в катализаторах на основе оксидов металлов, также не без проблем. Как и любой другой драгоценный металл, используемый в батареях или солнечных панелях, его необходимо добывать устойчивым образом и по возможности перерабатывать.
Проверив надежность своих установок, Цяо и его коллеги считают, что их модифицированные катализаторы могут продвинуться вперед. Их система может обеспечить выходную мощность, подобную коммерческому электролизёру, при тех же низких температурах и рабочих условиях.
Но поскольку другие исследователи добиваются неуклонного повышения эффективности обычных электролизеров, это действительно игра для всех.
Исследование опубликовано в журнале Nature Energy
.
