Виробництво водню з морської води

Морська вода, яка становить понад 95% води на Землі, може стати ключовим ресурсом для сталого виробництва чистого водневого палива з використанням каталізаторів, що розщеплюють воду, розроблених командою під керівництвом KAUST.

Розподіл води може запропонувати привабливий шлях до вуглецевої нейтральності, особливо в поєднанні з відновлюваними джерелами енергії, такими як сонячна та вітрова енергія. Розщеплення води передбачає розщеплення води в електрохімічній комірці з утворенням водню на катоді, одночасно генеруючи кисень на аноді під дією прикладеної напруги. Проте каталізатори виділення водню та кисню, які добре працюють у прісній воді, стають менш ефективними в морській воді через велику кількість іонів, які можуть сприяти небажаним реакціям і отруювати каталізатори.

Сильно корозійні іони хлориду, присутні в морській воді, піддаються складним реакціям, які конкурують з виділенням кисню та утворюють шкідливі сполуки, такі як гіпохлорит. Оскільки виробництво водню залежить від стабільних і ефективних реакцій на обох електродах, ці іони є серйозною проблемою для розщеплення морської води.

Хімік пояснює, що утворення гіпохлориту може відбуватися, оскільки для задоволення промислових потреб потрібна нижча робоча напруга, ніж реакція виділення кисню.

Одним із способів вирішення цієї проблеми є розробка селективних анодних каталізаторів із меншими вимогами до напруги. Нікель-іридієвий моношаровий анодний каталізатор продемонстрував покращену продуктивність і стабільність у морській воді завдяки синергетичному ефекту між його металевими компонентами.

Команда розробила підхід, який забезпечує високоефективні та стабільні електрокаталізатори виділення водню для розщеплення морської води. Дослідники створили крихітні кубічні реактори, в яких каталізатор був укладений у захисну оболонку з сульфіду молібдену. Серцевина каталізатора складалася з окисно-відновної активної сполуки на основі молібдену на основі вуглецю та мала цеолітоподібну впорядковану нанопористу структуру.
Використовуючи підхід, заснований на металоорганічному каркасі, дослідники поєднали прекурсори металевих комплексів з лінкером імідазолом у присутності поверхнево-активної речовини для створення цеолітоподібних цинк-молібденових кубів. Вони змішали отримані структури з тіоацетамідом в етанолі зі зворотним холодильником, щоб утворити кубічну фазу оксиду молібдену, укладену в тонку оболонку з сульфіду цинку.

Далі вони хімічно перетворили кубічну фазу в бажану редокс-активну сполуку, інкапсульовану сульфідом молібдену, при високій температурі перед вибірковим травленням зовнішнього шару сульфіду цинку, щоб отримати нанореактори.

Нанореактори показали високу електрокаталітичну активність і стабільність як у прісній, так і в морській воді. «Надзвичайна активність і стабільність пояснюються їх унікальною структурою».

Ядро показало численні активні центри, які прискорювали виробництво водню, а оболонка мала кілька дефектів у своїх шарах, особливо отвори субнанометрового розміру, які дозволяли молекулам води проникати у внутрішні активні центри та мати доступ до них.

Виконуючи роль кольчуги, раковина також блокувала та перешкоджала відкладенню солей на активних ділянках.
Ієрархічна архітектура нанореактора ізолює електроліз від побічних реакцій. «Подібно до розумного будинку, основна реакція відбувається в кімнатах, тоді як побічні реакції відбуваються на задньому дворі».

Вірте чи ні, але морська вода є чудовою основою для палива. Це пов’язано з тим, що морська вода містить суміш таких елементів, як водень, кисень, натрій та інші, всі з яких необхідні для процвітання життя на Землі. Паливна частина тут надходить із водню, який міститься в морській воді. На жаль, вилучення газоподібного водню з решти елементів було досить складним завданням, принаймні досі.

Пристрій виробляє те, що прирівнюється до палива з морської води, впорскуючи морську воду в систему воронки, яка пропускає її через систему фільтрації з подвійною мембраною. Ця система також використовує електрику, щоб успішно витягувати водень із морської води, ефективно відокремлюючи його від інших елементів, які містяться в наших океанах. Результати цього нового дослідження показують, що воно може сприяти розвитку нових зусиль у виробництві палива з низьким вмістом вуглецю.

Великою перемогою тут було те, що система не створила купу шкідливих побічних продуктів, які вони бачили в інших системах. У більшості сучасних систем вода-водень використовується одношарова мембрана. Однак цього разу дослідники об’єднали два шари, і це показало кращий спосіб контролювати рух іонів у морській воді в рамках експерименту, що зробило його ефективнішим.

Можливість створювати водневе паливо з використанням морської води виявилася б корисною, оскільки це паливо з низьким вмістом вуглецю, яке в даний час використовується для роботи електромобілів на паливних елементах і навіть працює як довготривалий варіант зберігання для енергетичних мереж. Попередні спроби отримати водень вимагали прісної або опрісненої води, і хоча ми бачили успішні системи опріснення води, це набагато дорожче та енергоємніше.
Це тому, що очищення води перед її використанням потребує дорогих систем, а також енергії та навіть додаткової складності пристрою, тоді як пристрій, який може використовувати морську воду для створення водневого палива, не вимагатиме цих додаткових частин.

Виробництво водню з морської води звучить як мрія!
Це багато, безкоштовно та легко.
Морська вода є майже необмеженим джерелом сировини, і тут нікому виставити рахунок. Будь-хто може безкоштовно отримати повне відро.
Ключові гравці галузі неодмінно закохаються в цю ідею.
Процес добування водню простий. Морська вода містить велику кількість розчиненого водню. Для його добування потрібен простий електроліз – ми навіть робили це, будучи підлітками на уроці фізики!

Ось як це працює
Він натуральний, придатний для зберігання і безпечний
Морська вода вважається відновлюваним джерелом енергії, яке може допомогти зменшити нашу залежність від викопної енергії. І процес видобутку не створює викидів вуглецю.

Водень можна зберігати
Накопичений водень можна використовувати для виробництва електроенергії або приводу транспортних засобів саме тоді, коли це необхідно.
Це компенсує переривчастість інших відновлюваних джерел – дощові чи безвітряні дні. Він ідеально підходить для регіонів з доступом до великих масивів морської води, але з невеликою кількістю традиційних енергетичних ресурсів.
Це може допомогти зменшити глобальне потепління, забезпечити енергетичну безпеку та захистити довкілля.

Легко, справді
Процес є енергоємним: вилучення водню з морської води вимагає великої кількості енергії, а загальна ефективність досить низька.
Виробництво дороге: будівництво інфраструктури вимагає дуже великих початкових інвестицій. Технічне обслуговування також має вирішальне значення, оскільки вміст солі в морській воді може спричинити корозію та інші технічні проблеми.
Розташування є рідкісними: ці місця мають враховувати глибину та якість води, а також близькість до джерел енергії. Не всі регіони придатні для виробництва водню з морської води!
І, нарешті, це не так безпечно, як здається!

У процесі вивільняється газоподібний хлор.
Цей газ поєднується з іншими природними елементами та утворює діоксини, які забруднюють воду, забруднюють рибу та передаються людям і більшим тваринам, які їдять рибу.

Хочете кілька прикладів, з якими це поєднується
Water =>соляної кислоти, гостра токсична дія на всі форми життя.
Hydrogen =>хлористий водень, вибухонебезпечна сполука
Ацетилен, газ, який можуть виробляти деякі морські організми, такі як бактерії та деякі види водоростей. Він перетворюється на дихлоретан, дуже вибухонебезпечну сполуку.

Ефір, слідові кількості в деяких видах водоростей. Він поєднується в хлорацетальдегід, високотоксичну, канцерогенну сполуку.
Аміак, зазвичай виробляється морськими організмами. Він поєднується в хлораміни, високотоксичний подразник дихальних шляхів.
Багатообіцяюча інновація, яка може революціонізувати сектор чистої енергії
Виробництво водню з морської води може кардинально змінити ситуацію та допомогти вирішити проблему глобального потепління більш стійким способом.
Він також має потенціал зменшити нашу залежність від викопного палива та рухатися до більш чистого, стійкого та доступного майбутнього.
Завдяки цим обіцянкам дуже легко не помітити численні виклики та ризики.
Це моє прохання до ключових гравців економіки та енергетики: будь ласка, давайте глибоко вдихнемо, сядемо зручніше та подумаємо про це на мить.

У прес-релізі дослідники заявили, що робота з морською водою була б більш економічним варіантом, оскільки очищення води дороге, енергоємне та ускладнює пристрої. Крім того, природна прісна вода містить домішки, які є проблемними для сучасних технологій, крім того, що є обмеженим ресурсом на планеті.
На додаток до розробки мембранної системи морської води до водню, команда зазначила, що дослідження забезпечило краще загальне розуміння того, як іони морської води рухаються через мембрани. Ці знання можуть бути застосовані в інших галузях, таких як виробництво кисню.
Більше того, вони сказали, що розуміння іонного потоку та перетворення в біполярній мембранній системі має важливе значення для зусиль з виробництва кисню за допомогою електролізу, і команда показала, що біполярна мембрана може генерувати газоподібний кисень разом із виробництвом водню в їх експерименті.
Команда прагне вдосконалити електроди та мембрани, використовуючи більш доступні та легко видобуті матеріали. Це покращення конструкції може значно спростити масштабування системи електролізу до розміру, необхідного для виробництва водню для енергоємних видів діяльності, таких як транспорт.

Продукція продається в усіх регіонах Китаю та експортується в країни світу. Вони були продані в понад 20 країнах і регіонах, включаючи Сполучені Штати, Німеччину, Марокко, Кенію, Саудівську Аравію, В’єтнам, Алжир, Індію, Танзанію та Тайвань. Успішно надані такі відомі підприємства, як China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group та інші відомі підприємства. Існує багато станцій гідрогенізації зеленого водню, таких як Вуланчабу, Хайкоу, Хайнань, Хайнань Хайкоу, Юньнань Куньмін тощо, які забезпечують проекти з виробництва екологічно чистого водню.