Z zniževanjem cen obnovljive energije se povečuje zanimanje za iskanje načinov za njeno gospodarno varčevanje. Baterije lahko prenesejo kratkotrajne skoke v proizvodnji, vendar morda ne bodo zmogle dolgotrajnega pomanjkanja ali sezonskih sprememb v proizvodnji električne energije. Vodik je ena od več možnosti, ki se obravnavajo in lahko služi kot dolgoročni most med obdobji visoke produktivnosti obnovljive energije.
Toda vodik ima svoje težave. Pridobivanje s cepljenjem vode je z energetskega vidika precej neučinkovito, dolgotrajno shranjevanje pa je lahko težavno. Večina katalizatorjev za proizvodnjo vodika tudi najbolje deluje s čisto vodo – ne nujno s takoj dostopno vrsto, saj podnebne spremembe povečujejo intenzivnost suše.
Skupina raziskovalcev na Kitajskem je razvila napravo, ki lahko proizvaja vodik iz morske vode – pravzaprav mora biti v morski vodi, da naprava deluje. Ključni koncept njegovega dela bo znan vsakomur, ki razume, kako deluje večina nepremočljivih oblačil.
Vodoodporna oblačila, ki dihajo, se opirajo na membrano s skrbno strukturiranimi porami. Membrana je izdelana iz materiala, ki odbija vodo. Ima pore, vendar so premajhne, da bi skozi njih prepuščala tekočo vodo. Vendar so dovolj velike, da lahko posamezne molekule vode prehajajo skozi njih. Posledično morebitna voda na zunanji strani oblačila ostane tam, morebitni znoj na notranji strani, ki izhlapi, pa bo še vedno stekel skozi tkanino in se prebil v zunanji svet. Posledično tkanina diha.
Takšna membrana je osrednjega pomena za delovanje nove naprave. Ne prepušča tekoče vode skozi membrano, prepušča pa vodno paro. Velika razlika je v tem, da je tekoča voda na obeh straneh membrane.
Zunaj - morska voda s standardnim naborom soli. V notranjosti je koncentrirana raztopina ene same soli - v tem primeru kalijevega hidroksida (KOH) - ki je združljiva s postopkom elektrolize, ki proizvaja vodik. V raztopino KOH je potopljen niz elektrod, ki proizvajajo vodik in kisik na obeh straneh separatorja, kar ohranja čiste plinske tokove.
Kaj se zgodi, ko oprema začne delovati? Ko se voda v napravi razdeli, da proizvedeta vodik in kisik, zmanjšana raven vode poveča koncentracijo raztopine jedke soli (ki je bila na začetku veliko bolj koncentrirana kot morska voda). Zaradi tega je premikanje vode skozi membrano morske vode energetsko učinkovito, da se KOH razredči. In zahvaljujoč poram je to mogoče, vendar le, če se voda premika v obliki pare.
Kot rezultat, medtem ko je voda znotraj membrane, za kratek čas ostane v stanju pare, nato pa se hitro spremeni v tekočino, takoj ko vstopi v napravo. Vsa kompleksna mešanica soli, ki jo vsebuje morska voda, ostane zunaj membrane, do elektrod, ki jo cepijo, pa je zagotovljen stalen pretok sveže vode. Pomembno je, da se vse to zgodi brez uporabe energije, ki se običajno uporablja pri razsoljevanju, zaradi česar je celoten proces bolj energetsko učinkovit kot obdelava vode za uporabo v standardnem elektrolizerju.
Načeloma se vse to sliši odlično, ampak ali dejansko deluje? Da bi ugotovili, je ekipa sestavila napravo in jo preizkusila v morski vodi zaliva Shenzhen (zaliv severno od Hong Konga in Macaa). In po skoraj vseh razumnih merilih se je izkazalo dobro.
Zmogljivost je ohranila tudi po 3200 urah uporabe, elektronska mikroskopija membrane po uporabi pa je pokazala, da so pore na tej stopnji ostale nezamašene. KOH, uporabljen za sistem, ni bil popolnoma čist, zato je vseboval nizke ravni ionov v morski vodi. Toda te ravni se sčasoma niso povečale, kar potrjuje, da sistem morski vodi ni dovolil vstopiti v elektrolizno komoro. Kar zadeva porabo energije, je sistem porabil približno enako kot standardni elektrolizator, kar potrjuje, da obdelava vode ne zahteva nobene porabe energije.
Raztopina KOH je bila tudi samouravnotežena, pri čemer se je difuzija vode v napravo upočasnila, če je njena notranja raztopina postala preveč razredčena. Če postane preveč koncentriran, učinkovitost elektrolize pade, zato se odvajanje vode upočasni.
Avtorji ocenjujejo, da lahko njihova naprava deluje pod pritiskom morske vode na globinah do 75 m. Vendar je temperatura na teh globinah lahko omejujoča, saj je stopnja difuzije vode skozi membrano šestkrat večja pri 30 °C kot pri 0 °C. °C.
Kljub vsem tem dobrim novicam obstajajo priložnosti za izboljšanje učinkovitosti. Različne soli, razen KOH, so v redu in nekatere lahko delujejo bolje. Raziskovalci so tudi ugotovili, da je vključitev KOH v hidrogel okoli elektrod povečala proizvodnjo vodika. Končno je možno, da bi sprememba materiala ali strukture elektrod, ki se uporabljajo pri cepljenju vode, še pospešila proces.
Na koncu je ekipa predlagala, da bi lahko bil uporaben za več kot le proizvodnjo vodika. Namesto v morsko vodo so eno od naprav potopili v razredčeno raztopino litija in ugotovili, da se je po 200 urah delovanja koncentracija litija zaradi vstopa vode v napravo povečala za več kot 40-krat. Obstaja veliko drugih kontekstov, kot je obdelava onesnažene vode, kjer je ta sposobnost koncentracije lahko koristna.
To ne reši vseh težav, povezanih z uporabo vodika kot hranilnika energije. Vsekakor pa ima potencial, da nam omogoči črtanje "potrebe po čisti vodi" s seznama teh vprašanj.
Ukrajini lahko pomagate v boju proti ruskim napadalcem, najboljši način za to je, da donirate sredstva oboroženim silam Ukrajine prek Savelife ali preko uradne strani NBU.
Zanimivo tudi: