Sa smanjenjem cijene obnovljive energije raste interes za iznalaženjem načina da se ona ekonomično uštedi. Baterije mogu podnijeti kratkoročne skokove u proizvodnji, ali možda neće moći podnijeti dugoročne nestašice ili sezonske varijacije u proizvodnji električne energije. Vodik je jedna od nekoliko opcija koje se razmatraju i koja ima potencijal da posluži kao dugoročni most između perioda visoke produktivnosti obnovljive energije.
Ali vodonik ima svoje probleme. Dobivanje cijepanjem vode prilično je neefikasno sa energetske tačke gledišta, a skladištenje na duže periode može biti teško. Većina katalizatora za proizvodnju vodonika također najbolje funkcionira s čistom vodom – ne nužno onom koja je lako dostupna, jer klimatske promjene povećavaju intenzitet suša.
Grupa istraživača u Kini razvila je uređaj koji može proizvesti vodonik iz morske vode – u stvari, mora biti u morskoj vodi da bi uređaj radio. Ključni koncept njegovog rada bit će poznat svima koji razumiju kako većina vodootporne odjeće funkcionira.
Vodootporna, prozračna odjeća oslanja se na membranu s pažljivo strukturiranim porama. Membrana je napravljena od materijala koji odbija vodu. Ima pore, ali su premale da bi propuštale tečnu vodu. Ali oni su dovoljno veliki da pojedinačni molekuli vode mogu proći kroz njih. Kao rezultat, svaka voda na vanjskoj strani odjevnog predmeta ostaje tamo, ali svaki znoj koji ispari s unutarnje strane i dalje će teći kroz tkaninu i proći u vanjski svijet. Kao rezultat, tkanina diše.
Takva membrana je ključna za funkcioniranje novog uređaja. Ne propušta tekuću vodu kroz membranu, ali propušta vodenu paru. Velika razlika je u tome što se tečna voda nalazi na obje strane membrane.
Vani - morska voda sa standardnim setom soli. Unutra je koncentrirana otopina jedne soli - u ovom slučaju kalij hidroksida (KOH) - koja je kompatibilna s procesom elektrolize koji proizvodi vodonik. Uronjen u otopinu KOH je skup elektroda koje proizvode vodonik i kisik na obje strane separatora, održavajući tokove plina čistima.
Šta se dešava nakon što oprema počne da radi? Kako se voda unutar uređaja cijepa kako bi proizvela vodik i kisik, smanjeni nivo vode povećava koncentraciju kaustične otopine soli (koja je u početku bila mnogo koncentriranija od morske vode). To čini energetski efikasnim kretanje vode kroz membranu morske vode kako bi se razrijedio KOH. A zahvaljujući porama, to je moguće, ali samo ako se voda kreće u obliku pare.
Kao rezultat toga, dok je unutar membrane, voda kratko vrijeme ostaje u stanju pare, a zatim se brzo pretvara u tekućinu čim uđe u uređaj. Sva složena mješavina soli sadržana u morskoj vodi ostaje izvan membrane, a do elektroda koje je cijepaju osigurava se stalan protok svježe vode. Važno je da se sve ovo dešava bez upotrebe energije koja se inače koristi za desalinizaciju, što ukupan proces čini energetski efikasnijim od obrade vode za upotrebu u standardnom elektrolizeru.
U principu, sve ovo zvuči sjajno, ali da li zapravo funkcionira? Kako bi saznali, tim je sastavio uređaj i testirao ga u morskoj vodi zaljeva Shenzhen (zaljev sjeverno od Hong Konga i Makaa). I po skoro svim razumnim mjerama, dobro se pokazao.
Zadržao je performanse čak i nakon 3200 sati korištenja, a elektronska mikroskopija membrane nakon upotrebe pokazala je da su pore u ovoj fazi ostale nezačepljene. KOH korišćen za sistem nije bio potpuno čist, pa je sadržavao niske nivoe jona pronađenih u morskoj vodi. Ali ovi nivoi se nisu povećavali tokom vremena, potvrđujući da sistem nije dozvolio morskoj vodi da uđe u komoru za elektrolizu. U pogledu potrošnje energije, sistem je koristio otprilike isto kao i standardni elektrolizator, što potvrđuje da tretman vode nije zahtijevao nikakav utrošak energije.
Otopina KOH je također bila samobalansirajuća, pri čemu se difuzija vode u uređaj usporavala ako je njegova unutrašnja otopina postala previše razrijeđena. Ako postane previše koncentriran, efikasnost elektrolize opada, pa se uklanjanje vode usporava.
Autori procjenjuju da njihov uređaj može raditi pod pritiskom morske vode na dubinama do 75 m. Međutim, temperatura na ovim dubinama može biti ograničavajuća, jer je brzina difuzije vode kroz membranu šest puta veća na 30°C nego na 0 °C.
Čak i uz sve ove dobre vijesti, postoje mogućnosti za poboljšanje performansi. Različite soli osim KOH su u redu, a neke bi mogle djelovati bolje. Istraživači su također otkrili da ugradnja KOH u hidrogel oko elektroda povećava proizvodnju vodika. Konačno, moguće je da bi promjena materijala ili strukture elektroda korištenih za cijepanje vode dodatno ubrzala proces.
Konačno, tim je sugerirao da bi to moglo biti korisno za više od proizvodnje vodonika. Umjesto u morsku vodu, uronili su jedan od uređaja u razrijeđenu otopinu litijuma i ustanovili da se nakon 200 sati rada koncentracija litijuma povećala više od 40 puta zbog ulaska vode u uređaj. Postoje mnogi drugi konteksti, kao što je tretman kontaminirane vode, gdje ova sposobnost koncentracije može biti korisna.
Ovo ne rješava sve probleme vezane uz korištenje vodonika kao skladišta energije. Ali svakako ima potencijal da nam omogući da precrtamo "potrebu za čistom vodom" sa liste ovih pitanja.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača, najbolji način da to učinite je da donirate sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili preko službene stranice NBU.
Također zanimljivo: