Uusiutuvan energian hinnan laskun myötä kiinnostus löytää keinoja säästää sitä taloudellisesti kasvaa. Akut kestävät lyhytaikaisia tuotantohuippuja, mutta eivät välttämättä pysty käsittelemään sähköntuotannon pitkäaikaista pulaa tai kausivaihteluita. Vety on yksi useista harkittavista vaihtoehdoista, joka voi toimia pitkän aikavälin siltana uusiutuvan energian korkean tuottavuuden kausien välillä.
Mutta vedyllä on omat ongelmansa. Sen saaminen vettä halkaisemalla on energian kannalta varsin tehotonta, ja sen pitkäaikainen varastointi voi olla vaikeaa. Useimmat vetyä tuottavat katalyytit toimivat parhaiten myös puhtaalla vedellä – ei välttämättä sellaisella, jota on helposti saatavilla, koska ilmastonmuutos lisää kuivuuden voimakkuutta.
Kiinalainen tutkijaryhmä on kehittänyt laitteen, joka voi tuottaa vetyä merivedestä – itse asiassa sen on oltava merivedessä, jotta laite toimii. Hänen työnsä avainkonsepti on tuttu kaikille, jotka ymmärtävät, kuinka useimmat vedenpitävät vaatteet toimivat.
Vedenpitävä, hengittävä vaatetus perustuu kalvoon, jossa on huolellisesti jäsennellyt huokoset. Kalvo on valmistettu materiaalista, joka hylkii vettä. Siinä on huokoset, mutta ne ovat liian pieniä päästääkseen nestemäistä vettä läpi. Mutta ne ovat tarpeeksi suuria, jotta yksittäiset vesimolekyylit voivat kulkea niiden läpi. Tämän seurauksena vaatteen ulkopuolella oleva vesi pysyy siellä, mutta sisäpuolelta haihtuva hiki virtaa silti kankaan läpi ja kulkee tiensä ulkomaailmaan. Tämän seurauksena kangas hengittää.
Tällainen kalvo on keskeinen uuden laitteen toiminnalle. Se ei kuljeta nestemäistä vettä kalvon läpi, mutta se kuljettaa vesihöyryä. Suuri ero on, että nestemäinen vesi on kalvon molemmilla puolilla.
Ulkona - merivesi vakiosarjalla suoloja. Sisällä on tiivistetty liuos yksittäisestä suolasta - tässä tapauksessa kaliumhydroksidista (KOH) - joka on yhteensopiva vetyä tuottavan elektrolyysiprosessin kanssa. KOH-liuokseen on upotettu joukko elektrodeja, jotka tuottavat vetyä ja happea erottimen molemmille puolille pitäen kaasuvirrat puhtaina.
Mitä tapahtuu, kun laite alkaa toimia? Kun laitteen sisällä oleva vesi halkeaa tuottaen vetyä ja happea, alentunut vedenpinta lisää emäksisen suolaliuoksen pitoisuutta (joka oli aluksi paljon väkevämpää kuin merivesi). Tämän ansiosta on energiatehokasta siirtää vettä merivesikalvon läpi KOH:n laimentamiseksi. Ja huokosten ansiosta tämä on mahdollista, mutta vain jos vesi liikkuu höyryn muodossa.
Tämän seurauksena vesi pysyy kalvon sisällä hetken höyrytilassa ja muuttuu sitten nopeasti nesteeksi heti, kun se tulee laitteeseen. Kaikki meriveden sisältämä monimutkainen suolojen seos jää kalvon ulkopuolelle, ja sen jakaville elektrodeille johdetaan jatkuva virtaus makeaa vettä. Tärkeää on, että kaikki tämä tapahtuu käyttämättä normaalisti suolanpoistoon käytettyä energiaa, mikä tekee kokonaisprosessista energiatehokkaamman kuin veden käsittely tavallisessa elektrolyysilaitteessa.
Periaatteessa tämä kaikki kuulostaa hyvältä, mutta toimiiko se todella? Selvittääkseen tämän, tiimi kokosi laitteen ja testasi sitä Shenzhenin lahden merivedessä (lahti Hongkongin ja Macaon pohjoispuolella). Ja melkein kaikilla kohtuullisilla toimenpiteillä se toimi hyvin.
Se säilytti suorituskyvyn jopa 3200 XNUMX käyttötunnin jälkeen, ja kalvon elektronimikroskopia käytön jälkeen osoitti, että huokoset pysyivät tukkeutumattomina tässä vaiheessa. Järjestelmässä käytetty KOH ei ollut täysin puhdasta, joten se sisälsi vähän merivedestä löytyviä ioneja. Mutta nämä tasot eivät nousseet ajan myötä, mikä vahvisti, että järjestelmä ei päästänyt merivettä elektrolyysikammion sisään. Energiankulutuksen suhteen järjestelmä käytti suunnilleen samaa kuin tavallinen elektrolyysilaite, mikä vahvisti, että vedenkäsittely ei vaatinut energiankulutusta.
KOH-liuos oli myös itsetasapainottuva, jolloin veden diffuusio laitteeseen hidastui, jos sen sisäinen liuos laimensi liikaa. Jos se tiivistyy liikaa, elektrolyysin tehokkuus laskee, jolloin veden poisto hidastuu.
Kirjoittajat arvioivat, että heidän laitteensa voi toimia meriveden paineessa jopa 75 metrin syvyydessä. Lämpötila näissä syvyyksissä voi kuitenkin olla rajoittava, koska veden diffuusionopeus kalvon läpi on kuusi kertaa suurempi 30 °C:ssa kuin 0 °C:ssa. °C.
Kaikista näistä hyvistä uutisista huolimatta on mahdollisuuksia parantaa suorituskykyä. Muut suolat kuin KOH ovat hyviä, ja jotkut voivat toimia paremmin. Tutkijat havaitsivat myös, että KOH:n sisällyttäminen elektrodien ympärillä olevaan hydrogeeliin lisäsi vedyn tuotantoa. Lopuksi on mahdollista, että vedenhalkaisussa käytettävien elektrodien materiaalin tai rakenteen muuttaminen nopeuttaisi prosessia entisestään.
Lopuksi ryhmä ehdotti, että se voisi olla hyödyllinen muuhunkin kuin vedyn tuotantoon. Meriveden sijaan he upottivat yhden laitteista laimennettuun litiumliuokseen ja havaitsivat, että 200 tunnin käytön jälkeen litiumin pitoisuus kasvoi yli 40-kertaiseksi laitteeseen joutuneen veden vuoksi. On monia muita yhteyksiä, kuten saastuneen veden käsittely, joissa tämä keskittymiskyky voi olla hyödyllistä.
Tämä ei ratkaise kaikkia ongelmia, jotka liittyvät vedyn käyttöön energiavarastona. Mutta sillä on varmasti potentiaalia antaa meille mahdollisuus jättää "puhtaan veden tarve" pois näiden asioiden luettelosta.
Voit auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä hyökkääjiä vastaan. Paras tapa tehdä tämä on lahjoittaa varoja Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.
Mielenkiintoista myös: