مع انخفاض سعر الطاقة المتجددة ، هناك اهتمام متزايد بإيجاد طرق لتوفيرها اقتصاديًا. يمكن للبطاريات التعامل مع الزيادات القصيرة الأجل في الإنتاج ، ولكنها قد لا تكون قادرة على التعامل مع النقص طويل الأجل أو التغيرات الموسمية في إنتاج الكهرباء. الهيدروجين هو أحد الخيارات العديدة قيد الدراسة والتي لديها القدرة على العمل كجسر طويل الأجل بين فترات إنتاجية عالية للطاقة المتجددة.
لكن الهيدروجين له مشاكله الخاصة. الحصول عليها عن طريق تقسيم الماء غير فعال تمامًا من وجهة نظر الطاقة ، وقد يكون من الصعب تخزينها لفترات طويلة. تعمل معظم المحفزات المنتجة للهيدروجين أيضًا بشكل أفضل مع المياه النظيفة - وليس بالضرورة النوع المتاح بسهولة ، حيث يؤدي تغير المناخ إلى زيادة شدة الجفاف.
طورت مجموعة من الباحثين في الصين جهازًا يمكنه إنتاج الهيدروجين من مياه البحر - في الواقع ، يجب أن يكون في مياه البحر حتى يعمل الجهاز. سيكون المفهوم الرئيسي وراء عمله مألوفًا لأي شخص يفهم كيف تعمل معظم الملابس المقاومة للماء.
الملابس المقاومة للماء والتي تسمح بمرور الهواء تعتمد على غشاء ذو مسام منظمة بعناية. الغشاء مصنوع من مادة تصد الماء. لها مسام ، لكنها صغيرة جدًا بحيث لا تسمح بمرور الماء السائل. لكنها كبيرة بما يكفي لتمكن جزيئات الماء الفردية من المرور عبرها. ونتيجة لذلك ، فإن أي ماء على الجزء الخارجي من الثوب يبقى هناك ، ولكن أي عرق من الداخل يتبخر سيظل يتدفق عبر القماش ويشق طريقه إلى العالم الخارجي. نتيجة لذلك ، النسيج يتنفس.
مثل هذا الغشاء أساسي لعمل الجهاز الجديد. لا يمر الماء السائل عبر الغشاء ، ولكنه يمر بخار الماء. الفرق الكبير هو أن الماء السائل موجود على جانبي الغشاء.
الخارج - مياه البحر مع مجموعة قياسية من الأملاح. يوجد في الداخل محلول مركز من ملح واحد - في هذه الحالة هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) - وهو متوافق مع عملية التحليل الكهربائي التي تنتج الهيدروجين. مغمورة في محلول KOH عبارة عن مجموعة من الأقطاب الكهربائية التي تنتج الهيدروجين والأكسجين على جانبي الفاصل ، مما يحافظ على نظافة تيارات الغاز.
ماذا يحدث بعد أن يبدأ الجهاز في العمل؟ عندما ينقسم الماء داخل الجهاز لإنتاج الهيدروجين والأكسجين ، يؤدي انخفاض مستوى الماء إلى زيادة تركيز محلول الملح الكاوية (الذي كان في البداية أكثر تركيزًا بكثير من ماء البحر). هذا يجعل نقل المياه عبر غشاء مياه البحر موفرًا للطاقة لتخفيف KOH. وبفضل المسام ، هذا ممكن ، لكن فقط إذا تحرك الماء على شكل بخار.
نتيجة لذلك ، أثناء وجوده داخل الغشاء ، يظل الماء في حالة بخار لفترة قصيرة ، ثم يتحول بسرعة إلى سائل بمجرد دخوله إلى الجهاز. كل الخليط المعقد من الأملاح الموجودة في مياه البحر يبقى خارج الغشاء ، ويتم توفير تدفق مستمر من المياه العذبة للأقطاب التي تقسمه. الأهم من ذلك ، يحدث كل هذا دون استخدام الطاقة المستخدمة عادة في تحلية المياه ، مما يجعل العملية الكلية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من معالجة المياه لاستخدامها في المحلل الكهربائي القياسي.
من حيث المبدأ ، كل هذا يبدو رائعًا ، لكن هل يعمل بالفعل؟ لمعرفة الإجابة ، قام الفريق بتجميع الجهاز واختباره في مياه البحر في خليج شينزين (خليج شمال هونغ كونغ وماكاو). وبكل المقاييس المعقولة تقريبًا ، كان أداؤها جيدًا.
حافظ على الأداء حتى بعد 3200 ساعة من الاستخدام ، وأظهر الفحص المجهري الإلكتروني للغشاء بعد الاستخدام أن المسام ظلت غير مسدودة في هذه المرحلة. لم يكن KOH المستخدم للنظام نقيًا تمامًا ، لذا فهو يحتوي على مستويات منخفضة من الأيونات الموجودة في مياه البحر. لكن هذه المستويات لم تزد بمرور الوقت ، مما يؤكد أن النظام لم يسمح لمياه البحر بدخول غرفة التحليل الكهربائي. فيما يتعلق باستهلاك الطاقة ، يستخدم النظام تقريبًا نفس جهاز التحليل الكهربائي القياسي ، مما يؤكد أن معالجة المياه لا تتطلب أي إنفاق للطاقة.
كان محلول KOH متوازنًا ذاتيًا أيضًا ، مع تباطؤ انتشار الماء في الجهاز إذا أصبح المحلول الداخلي مخففًا جدًا. إذا أصبح شديد التركيز ، تنخفض كفاءة التحليل الكهربائي ، وبالتالي تبطئ عملية إزالة الماء.
يقدر المؤلفون أن أجهزتهم يمكن أن تعمل تحت ضغط مياه البحر على أعماق تصل إلى 75 مترًا.ومع ذلك ، فإن درجة الحرارة في هذه الأعماق قد تكون محدودة ، حيث أن معدل انتشار الماء عبر الغشاء أعلى بست مرات عند 30 درجة مئوية منه عند الصفر. درجة مئوية.
حتى مع كل هذه الأخبار السارة ، هناك فرص لتحسين الأداء. لا بأس من الأملاح المختلفة بخلاف KOH ، وقد يعمل بعضها بشكل أفضل. وجد الباحثون أيضًا أن دمج KOH في الهيدروجيل حول الأقطاب الكهربائية يزيد من إنتاج الهيدروجين. أخيرًا ، من الممكن أن يؤدي تغيير مادة أو بنية الأقطاب الكهربائية المستخدمة في تقسيم الماء إلى زيادة تسريع العملية.
أخيرًا ، اقترح الفريق أنه قد يكون مفيدًا لأكثر من مجرد إنتاج الهيدروجين. بدلاً من مياه البحر ، قاموا بغمر أحد الأجهزة في محلول مخفف من الليثيوم ووجدوا أنه بعد 200 ساعة من التشغيل ، زاد تركيز الليثيوم أكثر من 40 مرة بسبب دخول الماء إلى الجهاز. هناك العديد من السياقات الأخرى ، مثل معالجة المياه الملوثة ، حيث يمكن أن تكون هذه القدرة على التركيز مفيدة.
هذا لا يحل جميع المشاكل المرتبطة باستخدام الهيدروجين كمخزن للطاقة. ولكن من المؤكد أن لديها القدرة على السماح لنا بشطب "الحاجة إلى المياه النظيفة" من قائمة هذه القضايا.
يمكنك مساعدة أوكرانيا في محاربة الغزاة الروس ، وأفضل طريقة للقيام بذلك هي التبرع بأموال للقوات المسلحة لأوكرانيا من خلال الحفاظ على الحياة او من خلال الصفحة الرسمية NBU.
مثير للاهتمام أيضًا: