A megújuló energia árának csökkenésével egyre nagyobb az érdeklődés a gazdaságos megtakarítási lehetőségek megtalálása iránt. Az akkumulátorok képesek kezelni a termelés rövid távú megugrását, de nem biztos, hogy képesek kezelni a hosszú távú hiányt vagy a szezonális változásokat a villamosenergia-termelésben. A hidrogén az egyike a számos fontolóra vett lehetőség közül, amely hosszú távú hídként szolgálhat a megújuló energia magas termelékenységének időszakai között.
De a hidrogénnek megvannak a maga problémái. A víz felosztásával való kinyerése energetikai szempontból meglehetősen nem hatékony, hosszú távú tárolása nehézkes lehet. A legtöbb hidrogéntermelő katalizátor tiszta vízzel is működik a legjobban – nem feltétlenül azzal, ami könnyen elérhető, mivel az éghajlatváltozás fokozza az aszályok intenzitását.
Kínában kutatók egy csoportja olyan eszközt fejlesztett ki, amely képes hidrogént előállítani tengervízből – valójában tengervízben kell lennie ahhoz, hogy az eszköz működjön. A munkája mögött meghúzódó kulcsfontosságú koncepció mindenki számára ismerős lesz, aki érti a legtöbb vízálló ruházat működését.
A vízálló, légáteresztő ruházat gondosan strukturált pórusokkal rendelkező membránra épül. A membrán víztaszító anyagból készült. Pórusai vannak, de túl kicsik ahhoz, hogy folyékony vizet engedjenek át. De elég nagyok ahhoz, hogy az egyes vízmolekulák áthaladhassanak rajtuk. Ennek eredményeként a ruhanemű külső oldalán minden víz ott marad, de a belsejében elpárolgó izzadság továbbra is átfolyik az anyagon, és eljut a külvilág felé. Ennek eredményeként a szövet lélegzik.
Egy ilyen membrán központi szerepet játszik az új készülék működésében. Folyékony vizet nem enged át a membránon, de vízgőzt igen. A nagy különbség az, hogy a folyékony víz a membrán mindkét oldalán van.
Kívül - tengervíz szabványos sókészlettel. A belsejében egyetlen só - jelen esetben kálium-hidroxid (KOH) - koncentrált oldata található, amely kompatibilis a hidrogént előállító elektrolízis folyamattal. A KOH-oldatba elmerül egy sor elektróda, amely hidrogént és oxigént termel a szeparátor mindkét oldalán, tisztán tartva a gázáramot.
Mi történik, miután a berendezés működésbe lép? Ahogy a készülék belsejében lévő víz felhasad és hidrogént és oxigént termel, a csökkentett vízszint növeli a maró sóoldat koncentrációját (amely kezdetben sokkal töményebb volt, mint a tengervíz). Ez energiahatékonysá teszi a vizet a tengervíz-membránon keresztül a KOH hígítására. És a pórusoknak köszönhetően ez lehetséges, de csak akkor, ha a víz gőz formájában mozog.
Ennek eredményeként a víz a membrán belsejében rövid ideig gőzállapotban marad, majd a készülékbe kerülve gyorsan folyadékká alakul. A tengervízben található összes összetett sókeverék a membránon kívül marad, és állandó friss vízáramlást biztosítanak az azt szétválasztó elektródákhoz. Fontos, hogy mindez a sótalanításhoz szokásosan használt energia felhasználása nélkül történik, így a teljes folyamat energiahatékonyabb, mint a víz kezelése egy szabványos elektrolizátorban.
Elvileg ez az egész jól hangzik, de tényleg működik? Ennek kiderítésére a csapat összeállította az eszközt, és a Shenzhen-öböl (Hongkongtól és Makaótól északra fekvő öböl) tengervizében tesztelte. És szinte minden ésszerű intézkedéssel jól teljesített.
Még 3200 óra használat után is megőrizte teljesítményét, és a membrán elektronmikroszkópos vizsgálata a használat után azt mutatta, hogy a pórusok ebben a szakaszban nem záródnak el. A rendszerhez használt KOH nem volt teljesen tiszta, így kis mennyiségű iont tartalmazott a tengervízben. De ezek a szintek nem növekedtek az idő múlásával, megerősítve, hogy a rendszer nem engedte be a tengervizet az elektrolíziskamrába. Az energiafogyasztást tekintve a rendszer nagyjából ugyanazt használta, mint egy hagyományos elektrolizátor, ami azt igazolja, hogy a vízkezelés nem igényel energiaráfordítást.
A KOH oldat is önkiegyensúlyozó volt, a víz diffúziója a készülékbe lelassult, ha a belső oldata túl híg lett. Ha túl tömény lesz, az elektrolízis hatékonysága csökken, így a víz eltávolítása lelassul.
A szerzők becslése szerint készülékük tengervíznyomás alatt akár 75 méteres mélységben is működhet. A hőmérséklet azonban ebben a mélységben korlátozó lehet, mivel a víz diffúziós sebessége a membránon keresztül hatszor nagyobb 30 °C-on, mint 0 °C-on. °C.
Mindezen jó hírek ellenére is vannak lehetőségek a teljesítmény javítására. A KOH-n kívül más sók is megfelelőek, és egyesek jobban működhetnek. A kutatók azt is megállapították, hogy a KOH beépítése az elektródák körüli hidrogélbe növelte a hidrogéntermelést. Végül lehetséges, hogy a vízhasításnál használt elektródák anyagának vagy szerkezetének megváltoztatása tovább gyorsíthatja a folyamatot.
Végül a csapat azt javasolta, hogy hasznos lehet nem csupán a hidrogéntermeléshez. Tengervíz helyett hígított lítiumoldatba merítették az egyik készüléket, és megállapították, hogy 200 óra üzemelés után több mint 40-szeresére nőtt a lítium koncentrációja a készülékbe jutó víz miatt. Sok más kontextusban is hasznos lehet ez a koncentráló képesség, például a szennyezett víz kezelése.
Ez nem oldja meg a hidrogén energiatárolóként való felhasználásával kapcsolatos összes problémát. De minden bizonnyal megvan benne a lehetőség arra, hogy átlépjük a „tiszta víz szükségességét” e kérdések listájáról.
Segíthet Ukrajnának az orosz megszállók elleni küzdelemben, ennek legjobb módja, ha adományokat adományoz az ukrán fegyveres erőknek Savelife vagy a hivatalos oldalon keresztül NBU.
Szintén érdekes: