再生可能エネルギーの価格の低下に伴い、経済的に節約する方法を見つけることに関心が高まっています。 バッテリは生産の短期的な急増には対応できますが、長期的な電力不足や電力生産の季節変動には対応できない場合があります。 水素は、再生可能エネルギーの生産性が高い期間の間の長期的な架け橋として機能する可能性がある、検討中のいくつかの選択肢の つです。
しかし、水素には独自の問題があります。 水を分解して得ることは、エネルギーの観点から非常に非効率的であり、長期間保存することは困難な場合があります. また、ほとんどの水素生成触媒はきれいな水で最もよく機能しますが、気候変動によって干ばつが激しさを増しているため、必ずしもすぐに利用できる種類であるとは限りません。
中国の研究者グループは、海水から水素を生成できる装置を開発しました。 彼の作品の背後にある重要なコンセプトは、ほとんどの防水服がどのように機能するかを理解している人なら誰でも知っているでしょう.
防水性と透湿性を備えた衣類は、細心の注意を払って構造化された細孔を持つ膜に依存しています。 メンブレンは水をはじく素材でできています。 細孔がありますが、液体の水を通すには小さすぎます。 しかし、それらは個々の水分子がそれらを通過できるほど十分に大きい. その結果、衣服の外側の水はそこにとどまりますが、蒸発した内側の汗は生地を通って外の世界に流れます. その結果、生地は呼吸します。
このような膜は、新しいデバイスの機能の中心です。 液体の水は膜を通過しませんが、水蒸気は通過します。 大きな違いは、液体の水が膜の両側にあることです。
外側 - 標準的な塩のセットを含む海水。 内部には、水素を生成する電気分解プロセスに適合する単一塩 (この場合は水酸化カリウム (KOH)) の濃縮溶液があります。 KOH 溶液に浸されているのは、セパレーターの両側で水素と酸素を生成する一連の電極で、ガスの流れをきれいに保ちます。
設備が稼働した後はどうなりますか？ デバイス内の水が分解して水素と酸素が生成されると、水位が下がると苛性塩溶液の濃度が上昇します (最初は海水よりもはるかに濃縮されていました)。 これにより、海水膜を介して水を移動させて KOH を希釈するエネルギー効率が高くなります。 そして、細孔のおかげで、これは可能ですが、水が蒸気の形で動く場合に限られます.
その結果、膜内にある間、水は短時間蒸気状態にとどまり、デバイスに入るとすぐに液体に変わります。 海水に含まれる塩の複雑な混合物はすべて膜の外側に残り、それを分割する電極に一定の流れの真水が供給されます。 重要なことは、これらすべてが淡水化で通常使用されるエネルギーを使用せずに行われるため、標準的な電解槽で水を処理するよりもプロセス全体のエネルギー効率が高くなることです。
原則として、これはすべて素晴らしいように聞こえますが、実際に機能するのでしょうか? 調べるために、チームはデバイスを組み立て、深圳湾 (香港とマカオの北にある湾) の海水でテストしました。 そして、ほぼすべての合理的な尺度で、それはうまく機能しました。
3200時間の使用後も性能を維持し、使用後の膜の電子顕微鏡検査は、この段階で細孔がブロックされていないことを示しました. このシステムに使用される KOH は完全に純粋ではなかったため、海水に含まれるイオンが低レベルでした。 しかし、これらのレベルは時間の経過とともに増加せず、システムが海水を電解チャンバーに入れることを許可しなかったことが確認されました. エネルギー消費に関しては、システムは標準的な電解槽とほぼ同じであり、水処理にエネルギー消費を必要としないことが確認されました。
KOH 溶液も自己平衡であり、内部溶液が希薄になりすぎると、デバイスへの水の拡散が遅くなります。 濃くなりすぎると電気分解の効率が落ちるので、水分の除去が遅くなります。
著者らは、彼らの装置は最大 75 m の深さの海水圧下で動作できると推定している.しかし、これらの深さでの温度は、膜を通る水の拡散速度が 30 よりも 0°C で 倍高いため、制限される可能性がある. ℃。
このように良いニュースがあっても、パフォーマンスを改善する機会があります。 KOH 以外のさまざまな塩で問題ありません。 研究者はまた、電極の周りのヒドロゲルにKOHを組み込むと、水素生成が増加することも発見しました。 最後に、水分解に使用される電極の材料または構造を変更することで、プロセスをさらにスピードアップできる可能性があります。
最後に、チームは、水素製造以外にも役立つ可能性があることを示唆しました。 海水の代わりに、デバイスの 200 つをリチウムの希薄溶液に浸したところ、40 時間の動作後、デバイスに水が浸入したため、リチウムの濃度が 倍以上に増加したことがわかりました。 汚染水の処理など、この濃縮能力が役立つ場面は他にもたくさんあります。
これは、エネルギー貯蔵としての水素の使用に関連するすべての問題を解決するわけではありません。 しかし、これらの問題のリストから「きれいな水の必要性」を除外できる可能性は確かにあります。
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