Odată cu scăderea prețului energiei regenerabile, există un interes din ce în ce mai mare pentru a găsi modalități de a o economisi din punct de vedere economic. Bateriile pot face față creșterilor pe termen scurt ale producției, dar este posibil să nu poată face față penuriei pe termen lung sau schimbărilor sezoniere ale producției de energie electrică. Hidrogenul este una dintre opțiunile luate în considerare, care are potențialul de a servi drept punte pe termen lung între perioadele de productivitate ridicată a energiei regenerabile.
Dar hidrogenul are propriile sale probleme. Obținerea acestuia prin împărțirea apei este destul de ineficientă din punct de vedere energetic, iar stocarea lui pe perioade lungi poate fi dificilă. Majoritatea catalizatorilor care produc hidrogen funcționează cel mai bine cu apă curată – nu neapărat cea care este ușor disponibilă, deoarece schimbările climatice cresc intensitatea secetelor.
Un grup de cercetători din China a dezvoltat un dispozitiv care poate produce hidrogen din apa de mare – de fapt, acesta trebuie să fie în apa de mare pentru ca dispozitivul să funcționeze. Conceptul cheie din spatele muncii sale va fi familiar pentru oricine înțelege cum funcționează majoritatea îmbrăcămintei impermeabile.
Îmbrăcămintea impermeabilă și respirabilă se bazează pe o membrană cu pori atent structurați. Membrana este realizată din material care respinge apa. Are pori, dar sunt prea mici pentru a lăsa apa lichidă să treacă. Dar sunt suficient de mari încât moleculele individuale de apă pot trece prin ele. Ca urmare, orice apă din exteriorul îmbrăcămintei rămâne acolo, dar orice transpirație din interior care se evaporă va curge în continuare prin țesătură și își va face drum spre lumea exterioară. Drept urmare, materialul respiră.
O astfel de membrană este esențială pentru funcționarea noului dispozitiv. Nu trece apa lichida prin membrana, dar trece vaporii de apa. Marea diferență este că apa lichidă se află pe ambele părți ale membranei.
În exterior - apă de mare cu un set standard de săruri. În interior se află o soluție concentrată dintr-o singură sare - în acest caz hidroxid de potasiu (KOH) - care este compatibilă cu procesul de electroliză care produce hidrogen. Cufundat în soluția de KOH este un set de electrozi care produc hidrogen și oxigen pe ambele părți ale separatorului, menținând curele de gaze curate.
Ce se întâmplă după ce echipamentul începe să funcționeze? Pe măsură ce apa din interiorul dispozitivului se divide pentru a produce hidrogen și oxigen, nivelul redus al apei crește concentrația soluției de sare caustică (care a fost inițial mult mai concentrată decât apa de mare). Acest lucru face ca apa să fie eficientă din punct de vedere energetic prin membrana de apă de mare pentru a dilua KOH. Și, datorită porilor, acest lucru este posibil, dar numai dacă apa se mișcă sub formă de abur.
Drept urmare, în timp ce în interiorul membranei, apa rămâne în stare de vapori pentru o perioadă scurtă de timp, apoi se transformă rapid într-un lichid imediat ce intră în dispozitiv. Tot amestecul complex de săruri conținut în apa de mare rămâne în afara membranei și un flux constant de apă dulce este asigurat electrozilor care o despart. Important este că toate acestea se întâmplă fără a utiliza energia utilizată în mod normal în desalinizare, ceea ce face ca procesul general să fie mai eficient din punct de vedere energetic decât tratarea apei pentru utilizare într-un electrolizor standard.
În principiu, toate acestea sună grozav, dar chiar funcționează? Pentru a afla, echipa a asamblat dispozitivul și l-a testat în apa de mare a golfului Shenzhen (un golf la nord de Hong Kong și Macao). Și prin aproape toate măsurile rezonabile, a funcționat bine.
Și-a menținut performanța chiar și după 3200 de ore de utilizare, iar microscopia electronică a membranei după utilizare a arătat că porii au rămas deblocați în această etapă. KOH folosit pentru sistem nu era complet pur, deci conținea niveluri scăzute de ioni găsiți în apa de mare. Dar aceste niveluri nu au crescut în timp, confirmând faptul că sistemul nu permitea apei de mare să intre în camera de electroliză. În ceea ce privește consumul de energie, sistemul a folosit aproximativ la fel ca un electrolizor standard, confirmând că tratarea apei nu a necesitat nicio cheltuială de energie.
Soluția de KOH a fost, de asemenea, autoechilibrată, difuzia apei în dispozitiv încetinind dacă soluția sa internă deveni prea diluată. Dacă devine prea concentrat, eficiența electrolizei scade, astfel încât îndepărtarea apei încetinește.
Autorii estimează că dispozitivul lor poate funcționa sub presiunea apei de mare la adâncimi de până la 75 m. Cu toate acestea, temperatura la aceste adâncimi poate fi limitativă, deoarece viteza de difuzie a apei prin membrană este de șase ori mai mare la 30°C decât la 0°C. °C.
Chiar și cu toate aceste vești bune, există oportunități de îmbunătățire a performanței. Diverse săruri, altele decât KOH, sunt bune, iar unele pot funcționa mai bine. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că încorporarea KOH în hidrogelul din jurul electrozilor a crescut producția de hidrogen. În cele din urmă, este posibil ca schimbarea materialului sau a structurii electrozilor utilizați la scindarea apei să accelereze și mai mult procesul.
În cele din urmă, echipa a sugerat că ar putea fi utilă pentru mai mult decât doar producția de hidrogen. În loc de apă de mare, au scufundat unul dintre dispozitive într-o soluție diluată de litiu și au constatat că după 200 de ore de funcționare, concentrația de litiu a crescut de peste 40 de ori din cauza apei care pătrunde în dispozitiv. Există multe alte contexte, cum ar fi tratarea apei contaminate, în care această capacitate de concentrare poate fi utilă.
Acest lucru nu rezolvă toate problemele asociate cu utilizarea hidrogenului ca depozit de energie. Dar cu siguranță are potențialul de a ne permite să eliminăm „nevoia de apă curată” de pe lista acestor probleme.
Puteți ajuta Ucraina să lupte împotriva invadatorilor ruși, cel mai bun mod de a face acest lucru este să donați fonduri Forțelor Armate ale Ucrainei prin Salveaza viata sau prin pagina oficiala NBU.
Interesant de asemenea: