S poklesem ceny obnovitelné energie roste zájem hledat způsoby, jak ji ekonomicky ušetřit. Baterie zvládnou krátkodobé skoky ve výrobě, ale nemusí být schopny zvládnout dlouhodobý nedostatek nebo sezónní výkyvy ve výrobě elektřiny. Vodík je jednou z několika zvažovaných možností, která má potenciál sloužit jako dlouhodobý most mezi obdobími vysoké produktivity obnovitelné energie.
Ale vodík má své vlastní problémy. Její získávání štěpením vody je z energetického hlediska značně neefektivní a její dlouhodobé skladování může být obtížné. Většina katalyzátorů produkujících vodík také funguje nejlépe s čistou vodou – ne nutně s takovou, která je snadno dostupná, protože změna klimatu zvyšuje intenzitu sucha.
Skupina výzkumníků v Číně vyvinula zařízení, které dokáže vyrábět vodík z mořské vody – ve skutečnosti musí být v mořské vodě, aby zařízení fungovalo. Klíčový koncept jeho práce bude znát každý, kdo rozumí tomu, jak funguje většina nepromokavého oblečení.
Nepromokavé, prodyšné oblečení sází na membránu s pečlivě strukturovanými póry. Membrána je vyrobena z materiálu, který odpuzuje vodu. Má póry, ale jsou příliš malé na to, aby propustily tekutou vodu. Jsou ale dostatečně velké, aby jimi mohly projít jednotlivé molekuly vody. V důsledku toho veškerá voda na vnější straně oděvu zůstane tam, ale veškerý pot na vnitřní straně, který se odpaří, bude stále protékat látkou a bude si razit cestu do vnějšího světa. Díky tomu látka dýchá.
Taková membrána je zásadní pro fungování nového zařízení. Přes membránu nepropouští kapalnou vodu, ale vodní páru ano. Velký rozdíl je v tom, že kapalná voda je na obou stranách membrány.
Venku - mořská voda se standardní sadou solí. Uvnitř je koncentrovaný roztok jediné soli – v tomto případě hydroxidu draselného (KOH) – který je kompatibilní s procesem elektrolýzy, při které vzniká vodík. V roztoku KOH je ponořena sada elektrod, které produkují vodík a kyslík na obou stranách separátoru a udržují proudy plynu čisté.
Co se stane, když zařízení začne fungovat? Jak se voda uvnitř zařízení štěpí na vodík a kyslík, snížená hladina vody zvyšuje koncentraci roztoku žíravé soli (která byla zpočátku mnohem koncentrovanější než mořská voda). Díky tomu je energeticky efektivní přesun vody přes membránu mořské vody za účelem zředění KOH. A to je díky pórům možné, ale pouze pokud se voda pohybuje ve formě páry.
Výsledkem je, že voda uvnitř membrány zůstává krátkou dobu ve stavu páry a poté, co se dostane do zařízení, se rychle změní na kapalinu. Veškerá složitá směs solí obsažená v mořské vodě zůstává mimo membránu a k elektrodám, které ji rozdělují, je poskytován konstantní proud sladké vody. Důležité je, že toto vše se děje bez použití energie běžně používané při odsolování, což činí celý proces energeticky účinnějším než úprava vody pro použití ve standardním elektrolyzéru.
V zásadě to všechno zní skvěle, ale opravdu to funguje? Aby to zjistil, tým sestavil zařízení a otestoval ho v mořské vodě Shenzhen Bay (zátoka severně od Hongkongu a Macaa). A téměř všemi rozumnými opatřeními fungoval dobře.
Výkon si udržela i po 3200 hodinách používání a elektronová mikroskopie membrány po použití ukázala, že póry zůstaly v této fázi neblokované. KOH použitý pro systém nebyl zcela čistý, takže obsahoval nízké hladiny iontů nalezených v mořské vodě. Ale tyto úrovně se v průběhu času nezvýšily, což potvrdilo, že systém nedovolil mořské vodě vstoupit do elektrolýzní komory. Pokud jde o spotřebu energie, systém využíval přibližně stejně jako standardní elektrolyzér, což potvrzuje, že úprava vody nevyžaduje žádné energetické výdaje.
Roztok KOH byl také samovyrovnávací, přičemž difúze vody do zařízení se zpomalila, pokud se jeho vnitřní roztok příliš zředil. Pokud je příliš koncentrovaná, účinnost elektrolýzy klesá, takže se zpomaluje odstraňování vody.
Autoři odhadují, že jejich zařízení může pracovat pod tlakem mořské vody v hloubkách až 75 m. Teplota v těchto hloubkách však může být limitující, protože rychlost difúze vody přes membránu je šestkrát vyšší při 30 °C než při 0 °C.
I přes všechny tyto dobré zprávy existují příležitosti ke zlepšení výkonu. Různé soli jiné než KOH jsou v pořádku a některé mohou fungovat lépe. Vědci také zjistili, že začlenění KOH do hydrogelu kolem elektrod zvýšilo produkci vodíku. Konečně je možné, že změna materiálu nebo struktury elektrod používaných při dělení vody by mohla proces dále urychlit.
Nakonec tým navrhl, že by to mohlo být užitečné pro více než jen výrobu vodíku. Místo mořské vody ponořili jedno ze zařízení do zředěného roztoku lithia a zjistili, že po 200 hodinách provozu se koncentrace lithia zvýšila více než 40krát kvůli vodě vstupující do zařízení. Existuje mnoho dalších souvislostí, jako je úprava kontaminované vody, kde může být tato schopnost koncentrace užitečná.
To neřeší všechny problémy spojené s používáním vodíku jako úložiště energie. Ale rozhodně má potenciál umožnit nám odškrtnout „potřebu čisté vody“ ze seznamu těchto problémů.
Můžete pomoci Ukrajině v boji proti ruským vetřelcům, nejlepší způsob, jak toho dosáhnout, je darovat finanční prostředky ozbrojeným silám Ukrajiny prostřednictvím Zachraňte život nebo přes oficiální stránku NBÚ.
Zajímavé také: