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새로운 장치는 소금물에 잠기면 수소를 생성할 수 있습니다.

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신재생에너지 가격이 하락하면서 이를 경제적으로 절약할 수 있는 방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 배터리는 단기적인 생산량 급증을 처리할 수 있지만 장기적인 전력 부족이나 전력 생산의 계절적 변화를 처리하지 못할 수 있습니다. 수소는 재생 에너지 생산성이 높은 기간 사이에 장기적인 가교 역할을 할 가능성이 있는 고려 중인 여러 옵션 중 하나입니다.

그러나 수소에는 고유한 문제가 있습니다. 물을 분해하여 얻는 것은 에너지 측면에서 상당히 비효율적이며 장기간 보관하기 어려울 수 있습니다. 대부분의 수소 생성 촉매는 또한 깨끗한 물에서 가장 잘 작동합니다. 기후 변화로 인해 가뭄의 강도가 증가하기 때문에 반드시 쉽게 구할 수 있는 종류는 아닙니다.

새로운 장치는 소금물에 잠기면 수소를 생성할 수 있습니다.

중국의 한 연구팀이 해수에서 수소를 생산할 수 있는 장치를 개발했습니다. 사실 이 장치가 작동하려면 해수에 있어야 합니다. 그의 작업의 핵심 개념은 대부분의 방수 의류가 어떻게 작동하는지 이해하는 사람이라면 누구에게나 친숙할 것입니다.

방수 및 통기성 의류는 세심하게 구조화된 모공이 있는 멤브레인에 의존합니다. 멤브레인은 물을 튕겨내는 재질로 만들어졌습니다. 모공이 있지만 액체 상태의 물을 통과시키기에는 너무 작습니다. 그러나 그들은 개별 물 분자가 통과할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 결과적으로 의복 외부의 물은 그대로 남아 있지만 내부의 증발하는 땀은 여전히 ​​직물을 통해 흐르고 외부 세계로 이동합니다. 결과적으로 직물이 숨을 쉰다.

이러한 멤브레인은 새로운 장치의 기능에 핵심입니다. 멤브레인을 통해 액체 상태의 물은 통과하지 않지만 수증기는 통과합니다. 큰 차이점은 액체 상태의 물이 멤브레인의 양쪽에 있다는 것입니다.

외부 - 표준 소금 세트가 포함된 바닷물. 내부에는 수소를 생산하는 전기분해 공정과 호환되는 단일 염(이 경우 수산화칼륨(KOH))의 농축 용액이 있습니다. KOH 용액에 담긴 전극 세트는 분리기 양쪽에서 수소와 산소를 생성하여 가스 흐름을 깨끗하게 유지합니다.

장비가 작동하기 시작한 후에는 어떻게 됩니까? 장치 내부의 물이 분리되어 수소와 산소를 생성함에 따라 감소된 수위는 가성 염 용액(초기에는 바닷물보다 훨씬 더 농축됨)의 농도를 증가시킵니다. 이것은 KOH를 희석하기 위해 해수 막을 통해 물을 이동시키는 것이 에너지 효율적입니다. 그리고 모공 덕분에 가능하지만 물이 증기 형태로 움직일 때만 가능합니다.

수소

결과적으로 멤브레인 내부에 있는 동안 물은 짧은 시간 동안 증기 상태로 남아 있다가 장치에 들어가자마자 빠르게 액체로 변합니다. 해수에 포함된 모든 복잡한 염분 혼합물은 멤브레인 외부에 남아 있으며 이를 분할하는 전극에 일정한 흐름의 담수가 제공됩니다. 중요한 것은 이 모든 것이 담수화에 일반적으로 사용되는 에너지를 사용하지 않고 발생하므로 표준 전해조에서 사용하기 위해 물을 처리하는 것보다 전체 공정이 더 에너지 효율적이라는 것입니다.

원칙적으로 이것은 모두 훌륭하게 들리지만 실제로 작동합니까? 이를 알아보기 위해 팀은 장치를 조립하고 Shenzhen Bay(홍콩과 마카오 북쪽의 만)의 해수에서 테스트했습니다. 그리고 거의 모든 합리적인 척도에서 성능이 좋았습니다.

3200시간 사용 후에도 성능을 유지했으며, 사용 후 멤브레인의 전자현미경 관찰 결과 이 ​​단계에서 기공이 막히지 않은 상태로 남아 있는 것으로 나타났습니다. 시스템에 사용된 KOH는 완전히 순수하지 않았기 때문에 해수에서 발견되는 낮은 수준의 이온을 포함했습니다. 그러나 이러한 수준은 시간이 지남에 따라 증가하지 않았으며 시스템이 해수가 전기분해 챔버로 유입되는 것을 허용하지 않았음을 확인했습니다. 에너지 소비 측면에서 시스템은 표준 전해조와 거의 동일하게 사용되어 수처리에 에너지 소비가 필요하지 않음을 확인했습니다.

KOH 용액은 또한 내부 용액이 너무 희석되면 장치로의 물 확산 속도가 느려지는 자체 균형을 이루고 있습니다. 너무 농축되면 전기분해 효율이 떨어지므로 물 제거가 느려진다.

저자는 그들의 장치가 최대 75m 깊이의 해수 압력 하에서 작동할 수 있다고 추정하지만 멤브레인을 통한 물 확산 속도가 30°C보다 0°C에서 XNUMX배 더 높기 때문에 이러한 깊이에서의 온도는 제한적일 수 있습니다. ℃

이 모든 좋은 소식에도 불구하고 성능을 향상시킬 수 있는 기회가 있습니다. KOH 이외의 다양한 염은 괜찮으며 일부는 더 잘 작동할 수 있습니다. 연구원들은 또한 KOH를 전극 주변의 하이드로겔에 통합하면 수소 생산이 증가한다는 사실을 발견했습니다. 마지막으로, 물 분해에 사용되는 전극의 재료나 구조를 변경하면 공정 속도를 더욱 높일 수 있습니다.

마지막으로, 팀은 그것이 단순한 수소 생산 이상에 유용할 수 있다고 제안했습니다. 그들은 바닷물 대신 리튬 희석 용액에 장치 중 하나를 담그고 200시간 작동 후 장치에 물이 들어감으로 인해 리튬 농도가 40배 이상 증가한다는 것을 발견했습니다. 이 농축 능력이 유용할 수 있는 오염된 물의 처리와 같은 다른 많은 상황이 있습니다.

이것은 수소를 에너지 저장소로 사용하는 것과 관련된 모든 문제를 해결하지 못합니다. 그러나 이러한 문제 목록에서 "깨끗한 물의 필요성"을 제거할 수 있는 잠재력이 분명히 있습니다.

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