S poklesom ceny obnoviteľnej energie rastie záujem hľadať spôsoby, ako ju ekonomicky ušetriť. Batérie dokážu zvládnuť krátkodobé skoky vo výrobe, ale nemusia zvládnuť dlhodobý nedostatok alebo sezónne zmeny vo výrobe elektriny. Vodík je jednou z niekoľkých zvažovaných možností, ktorá má potenciál slúžiť ako dlhodobý most medzi obdobiami vysokej produktivity obnoviteľnej energie.
Ale vodík má svoje vlastné problémy. Jej získavanie štiepením vody je z energetického hľadiska dosť neefektívne a jej dlhodobé skladovanie môže byť náročné. Väčšina katalyzátorov produkujúcich vodík tiež funguje najlepšie s čistou vodou – nie nevyhnutne takou, ktorá je ľahko dostupná, keďže klimatické zmeny zvyšujú intenzitu sucha.
Skupina výskumníkov v Číne vyvinula zariadenie, ktoré dokáže vyrábať vodík z morskej vody – v skutočnosti musí byť v morskej vode, aby zariadenie fungovalo. Kľúčový koncept jeho práce bude známy každému, kto chápe, ako funguje väčšina nepremokavých odevov.
Nepremokavé, priedušné oblečenie sa spolieha na membránu so starostlivo štruktúrovanými pórmi. Membrána je vyrobená z materiálu, ktorý odpudzuje vodu. Má póry, ale sú príliš malé na to, aby prepustili tekutú vodu. Sú však dostatočne veľké na to, aby nimi mohli prechádzať jednotlivé molekuly vody. Výsledkom je, že všetka voda na vonkajšej strane odevu tam zostane, ale všetok pot z vnútornej strany, ktorý sa odparí, bude stále tiecť cez látku a dostane sa do vonkajšieho sveta. Vďaka tomu tkanina dýcha.
Takáto membrána je základom fungovania nového zariadenia. Cez membránu neprepúšťa kvapalnú vodu, ale vodnú paru áno. Veľký rozdiel je v tom, že tekutá voda je na oboch stranách membrány.
Vonku - morská voda so štandardnou sadou solí. Vo vnútri je koncentrovaný roztok jedinej soli – v tomto prípade hydroxidu draselného (KOH) – ktorý je kompatibilný s procesom elektrolýzy, pri ktorej vzniká vodík. V roztoku KOH je ponorená sada elektród, ktoré produkujú vodík a kyslík na oboch stranách separátora, čím udržiavajú prúdy plynu čisté.
Čo sa stane, keď zariadenie začne fungovať? Keď sa voda vo vnútri zariadenia štiepi na vodík a kyslík, znížená hladina vody zvyšuje koncentráciu roztoku žieravej soli (ktorá bola spočiatku oveľa koncentrovanejšia ako morská voda). Vďaka tomu je energeticky efektívne premiestňovať vodu cez membránu s morskou vodou na zriedenie KOH. A vďaka pórom je to možné, ale iba ak sa voda pohybuje vo forme pary.
Výsledkom je, že voda vo vnútri membrány zostáva na krátky čas v parnom stave a potom sa rýchlo zmení na kvapalinu, akonáhle vstúpi do zariadenia. Všetka komplexná zmes solí obsiahnutá v morskej vode zostáva mimo membrány a k elektródam, ktoré ju rozdeľujú, je zabezpečený neustály tok sladkej vody. Dôležité je, že toto všetko sa deje bez použitia energie bežne používanej pri odsoľovaní, čím je celý proces energeticky efektívnejší ako úprava vody na použitie v štandardnom elektrolyzéri.
V zásade to všetko znie skvele, ale funguje to v skutočnosti? Aby to tím zistil, zostavil zariadenie a otestoval ho v morskej vode zálivu Shenzhen (zátoka severne od Hongkongu a Macaa). A takmer všetkými rozumnými mierami fungoval dobre.
Výkon si udržal aj po 3200 hodinách používania a elektrónová mikroskopia membrány po použití ukázala, že póry ostali v tomto štádiu nezablokované. KOH použitý v systéme nebol úplne čistý, takže obsahoval nízke hladiny iónov nachádzajúcich sa v morskej vode. Tieto úrovne sa však časom nezvyšovali, čo potvrdilo, že systém neumožnil vstup morskej vody do elektrolýznej komory. Pokiaľ ide o spotrebu energie, systém využíval približne to isté ako štandardný elektrolyzér, čo potvrdzuje, že úprava vody si nevyžadovala žiadne energetické výdavky.
Roztok KOH bol tiež samovyvažujúci, pričom difúzia vody do zariadenia sa spomalila, ak sa jeho vnútorný roztok príliš zriedil. Ak je príliš koncentrovaná, účinnosť elektrolýzy klesá, takže odstraňovanie vody sa spomaľuje.
Autori odhadujú, že ich zariadenie môže pracovať pod tlakom morskej vody v hĺbkach až 75 m. Teplota v týchto hĺbkach však môže byť limitujúca, pretože rýchlosť difúzie vody cez membránu je šesťkrát vyššia pri 30 °C ako pri 0 °C.
Aj so všetkými týmito dobrými správami existujú príležitosti na zlepšenie výkonu. Rôzne soli iné ako KOH sú v poriadku a niektoré môžu fungovať lepšie. Vedci tiež zistili, že začlenenie KOH do hydrogélu okolo elektród zvýšilo produkciu vodíka. Nakoniec je možné, že zmena materiálu alebo štruktúry elektród používaných pri delení vody by mohla ďalej urýchliť proces.
Nakoniec tím navrhol, že by to mohlo byť užitočné nielen na výrobu vodíka. Namiesto morskej vody ponorili jedno zo zariadení do zriedeného roztoku lítia a zistili, že po 200 hodinách prevádzky sa koncentrácia lítia zvýšila viac ako 40-krát kvôli vode, ktorá sa dostala do zariadenia. Existuje mnoho ďalších súvislostí, ako napríklad úprava kontaminovanej vody, kde môže byť táto schopnosť koncentrácie užitočná.
To nerieši všetky problémy spojené s využívaním vodíka ako zásobníka energie. Ale určite má potenciál umožniť nám vyškrtnúť „potrebu čistej vody“ zo zoznamu týchto problémov.
Môžete pomôcť Ukrajine v boji proti ruským útočníkom, najlepší spôsob, ako to urobiť, je darovať finančné prostriedky ozbrojeným silám Ukrajiny prostredníctvom Zachrániť život alebo cez oficiálnu stránku NBU.
Tiež zaujímavé:
Nechaj odpoveď