Vrijdag 29 maart 2024

bureaublad v4.2.1

Root NationНовиниIT-nieuwsHet nieuwe apparaat kan waterstof produceren wanneer het wordt ondergedompeld in zout water

Het nieuwe apparaat kan waterstof produceren wanneer het wordt ondergedompeld in zout water

-

Met de daling van de prijs van hernieuwbare energie is er een groeiende belangstelling voor het vinden van manieren om deze economisch te besparen. Batterijen kunnen kortetermijnpieken in de productie aan, maar zijn mogelijk niet in staat om langdurige tekorten of seizoensgebonden variaties in de elektriciteitsproductie aan te kunnen. Waterstof is een van de vele opties die worden overwogen en die het potentieel hebben om op lange termijn te dienen als brug tussen perioden met een hoge productiviteit van hernieuwbare energie.

Maar waterstof heeft zijn eigen problemen. Het verkrijgen ervan door water te splitsen is nogal inefficiënt vanuit energetisch oogpunt, en het kan moeilijk zijn om het voor lange perioden op te slaan. De meeste waterstofproducerende katalysatoren werken ook het beste met schoon water - niet noodzakelijkerwijs het soort dat direct beschikbaar is, aangezien klimaatverandering de intensiteit van droogtes vergroot.

Het nieuwe apparaat kan waterstof produceren wanneer het wordt ondergedompeld in zout water

Een groep onderzoekers in China heeft een apparaat ontwikkeld dat waterstof kan produceren uit zeewater – in feite moet het zich in zeewater bevinden om het apparaat te laten werken. Het sleutelconcept achter zijn werk zal bekend zijn bij iedereen die begrijpt hoe de meeste waterdichte kleding werkt.

Waterdichte, ademende kleding steunt op een membraan met zorgvuldig gestructureerde poriën. Het membraan is gemaakt van materiaal dat water afstoot. Het heeft poriën, maar ze zijn te klein om vloeibaar water door te laten. Maar ze zijn groot genoeg dat individuele watermoleculen er doorheen kunnen. Hierdoor blijft het water aan de buitenkant van het kledingstuk daar, maar het verdampte zweet aan de binnenkant stroomt nog steeds door de stof en vindt zijn weg naar de buitenwereld. Hierdoor ademt de stof.

Zo'n membraan staat centraal in de werking van het nieuwe apparaat. Het passeert geen vloeibaar water door het membraan, maar wel waterdamp. Het grote verschil is dat het vloeibare water zich aan beide zijden van het membraan bevindt.

Buiten - zeewater met een standaard set zouten. Binnenin zit een geconcentreerde oplossing van een enkel zout - in dit geval kaliumhydroxide (KOH) - dat compatibel is met het elektrolyseproces dat waterstof produceert. Ondergedompeld in de KOH-oplossing bevindt zich een set elektroden die aan beide zijden van de separator waterstof en zuurstof produceren, waardoor de gasstromen schoon blijven.

Wat gebeurt er nadat de apparatuur begint te werken? Terwijl het water in het apparaat zich splitst om waterstof en zuurstof te produceren, verhoogt het verlaagde waterniveau de concentratie van de bijtende zoutoplossing (die aanvankelijk veel geconcentreerder was dan zeewater). Dit maakt het energiezuinig om water door het zeewatermembraan te verplaatsen om de KOH te verdunnen. En dankzij de poriën is dit mogelijk, maar alleen als het water in de vorm van stoom beweegt.

Waterstof

Als gevolg hiervan blijft het water, terwijl het zich in het membraan bevindt, korte tijd in dampvorm en verandert het snel in een vloeistof zodra het het apparaat binnenkomt. Al het complexe mengsel van zouten in zeewater blijft buiten het membraan en er wordt een constante stroom zoet water geleverd aan de elektroden die het splitsen. Belangrijk is dat dit allemaal gebeurt zonder de energie te gebruiken die normaal wordt gebruikt bij ontzilting, waardoor het totale proces energiezuiniger is dan het behandelen van water voor gebruik in een standaard elektrolyser.

In principe klinkt dit allemaal geweldig, maar werkt het ook echt? Om daar achter te komen, monteerde het team het apparaat en testte het in het zeewater van Shenzhen Bay (een baai ten noorden van Hong Kong en Macau). En volgens bijna elke redelijke maatstaf presteerde het goed.

Het behield zijn prestaties zelfs na 3200 gebruiksuren, en elektronenmicroscopie van het membraan na gebruik toonde aan dat de poriën in dit stadium ongeblokkeerd bleven. De KOH die voor het systeem werd gebruikt, was niet helemaal zuiver, dus bevatte het lage niveaus van ionen die in zeewater voorkomen. Maar deze niveaus namen in de loop van de tijd niet toe, wat bevestigt dat het systeem geen zeewater toestond om de elektrolysekamer binnen te dringen. In termen van energieverbruik gebruikte het systeem ongeveer hetzelfde als een standaard elektrolyser, wat bevestigt dat de waterbehandeling geen energieverbruik vereiste.

De KOH-oplossing was ook zelfbalancerend, waarbij de waterdiffusie in het apparaat vertraagde als de interne oplossing te verdund werd. Als het te geconcentreerd wordt, daalt de efficiëntie van de elektrolyse, waardoor de verwijdering van water vertraagt.

De auteurs schatten dat hun apparaat kan werken onder zeewaterdruk op diepten tot 75 m. De temperatuur op deze diepten kan echter beperkend zijn, aangezien de snelheid van waterdiffusie door het membraan zes keer hoger is bij 30°C dan bij 0°C. ° C.

Ondanks al dit goede nieuws zijn er mogelijkheden om de prestaties te verbeteren. Verschillende andere zouten dan KOH zijn prima, en sommige werken misschien beter. De onderzoekers ontdekten ook dat het opnemen van KOH in de hydrogel rond de elektroden de waterstofproductie verhoogde. Ten slotte is het mogelijk dat het veranderen van het materiaal of de structuur van de elektroden die worden gebruikt bij het splitsen van water het proces verder kan versnellen.

Ten slotte suggereerde het team dat het nuttig zou kunnen zijn voor meer dan alleen de productie van waterstof. In plaats van zeewater dompelden ze een van de apparaten onder in een verdunde oplossing van lithium en ontdekten dat na 200 bedrijfsuren de concentratie lithium meer dan 40 keer toenam door het water dat het apparaat binnendrong. Er zijn veel andere contexten, zoals de behandeling van verontreinigd water, waar dit concentratievermogen nuttig kan zijn.

Hiermee zijn niet alle problemen opgelost die samenhangen met het gebruik van waterstof als energieopslag. Maar het heeft zeker het potentieel om ons in staat te stellen "de behoefte aan schoon water" van de lijst van deze kwesties te schrappen.

U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers, de beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.

Ook interessant:

Aanmelden
Informeer over
gast

0 Heb je vragen? Stel ze hier.
Ingesloten beoordelingen
Bekijk alle reacties
Andere artikelen
Schrijf je in voor updates

Recent commentaar

Nu populair
0
We houden van uw mening, geef alstublieft commentaar.x