Onsdagen den 27 mars 2024

desktop v4.2.1

Root NationНовиниIT-nyheterDen nya enheten kan producera väte när den sänks ned i saltvatten

Den nya enheten kan producera väte när den sänks ned i saltvatten

-

I och med att priset på förnybar energi har sjunkit, finns det ett växande intresse för att hitta sätt att spara den ekonomiskt. Batterier kan hantera kortsiktiga ökningar i produktionen, men kanske inte klara av långvariga brister eller säsongsmässiga förändringar i elproduktionen. Vätgas är ett av flera alternativ som övervägs som har potential att fungera som en långsiktig brygga mellan perioder med hög produktivitet för förnybar energi.

Men väte har sina egna problem. Att få tag i det genom att klyva vatten är ganska ineffektivt ur energisynpunkt och att lagra det under långa perioder kan vara svårt. De flesta väteproducerande katalysatorer fungerar också bäst med rent vatten – inte nödvändigtvis den typ som är lättillgänglig, eftersom klimatförändringarna ökar intensiteten av torka.

Den nya enheten kan producera väte när den sänks ned i saltvatten

En grupp forskare i Kina har utvecklat en enhet som kan producera väte från havsvatten – i själva verket måste den finnas i havsvatten för att enheten ska fungera. Nyckelkonceptet bakom hans arbete kommer att vara bekant för alla som förstår hur de flesta vattentäta kläder fungerar.

Vattentäta, andningsbara kläder förlitar sig på ett membran med noggrant strukturerade porer. Membranet är tillverkat av material som stöter bort vatten. Den har porer, men de är för små för att släppa igenom flytande vatten. Men de är tillräckligt stora för att enskilda vattenmolekyler kan passera genom dem. Som ett resultat av detta stannar allt vatten på utsidan av plagget där, men all svett på insidan som avdunstar kommer fortfarande att rinna genom tyget och ta sig till omvärlden. Som ett resultat andas tyget.

Ett sådant membran är centralt för den nya enhetens funktion. Det passerar inte flytande vatten genom membranet, men det passerar vattenånga. Den stora skillnaden är att det flytande vattnet finns på båda sidor av membranet.

Utanför - havsvatten med en standarduppsättning salter. Inuti finns en koncentrerad lösning av ett enda salt - i detta fall kaliumhydroxid (KOH) - som är kompatibel med elektrolysprocessen som producerar väte. Nedsänkt i KOH-lösningen finns en uppsättning elektroder som producerar väte och syre på båda sidor av separatorn, vilket håller gasströmmarna rena.

Vad händer efter att utrustningen börjar fungera? När vattnet inuti enheten splittras för att producera väte och syre, ökar den reducerade vattennivån koncentrationen av den kaustiska saltlösningen (som från början var mycket mer koncentrerad än havsvatten). Detta gör det energieffektivt att föra vatten genom havsvattenmembranet för att späda ut KOH. Och tack vare porerna är detta möjligt, men bara om vattnet rör sig i form av ånga.

Väte

Som ett resultat, medan vattnet är inne i membranet, förblir vattnet i ett ångtillstånd under en kort tid och förvandlas sedan snabbt till en vätska så snart det kommer in i enheten. All den komplexa blandningen av salter som finns i havsvatten förblir utanför membranet, och ett konstant flöde av färskvatten tillförs elektroderna som delar det. Viktigt är att allt detta sker utan att använda den energi som normalt används vid avsaltning, vilket gör hela processen mer energieffektiv än att behandla vatten för användning i en vanlig elektrolysör.

I princip låter det här bra, men fungerar det faktiskt? För att ta reda på det, satte teamet ihop enheten och testade den i havsvattnet i Shenzhen Bay (en vik norr om Hong Kong och Macau). Och med nästan alla rimliga mått presterade det bra.

Det bibehöll prestanda även efter 3200 XNUMX timmars användning, och elektronmikroskopi av membranet efter användning visade att porerna förblev oblockerade i detta skede. Den KOH som användes för systemet var inte helt ren, så den innehöll låga nivåer av joner som fanns i havsvatten. Men dessa nivåer ökade inte över tiden, vilket bekräftar att systemet inte tillät havsvatten att komma in i elektrolyskammaren. När det gäller energiförbrukning använde systemet ungefär samma sak som en vanlig elektrolysör, vilket bekräftar att vattenbehandlingen inte krävde någon energiförbrukning.

KOH-lösningen var också självbalanserande, med vattendiffusion in i enheten saktade ner om dess inre lösning blev för utspädd. Om det blir för koncentrerat sjunker elektrolysens effektivitet, vilket gör att avlägsnandet av vatten saktar ner.

Författarna uppskattar att deras enhet kan fungera under havsvattentryck på djup upp till 75 m. Temperaturen på dessa djup kan dock vara begränsande, eftersom hastigheten för vattendiffusion genom membranet är sex gånger högre vid 30°C än vid 0 °C.

Även med alla dessa goda nyheter finns det möjligheter att förbättra prestandan. Olika andra salter än KOH är bra, och vissa kan fungera bättre. Forskarna fann också att inkorporering av KOH i hydrogelen runt elektroderna ökade väteproduktionen. Slutligen är det möjligt att en förändring av materialet eller strukturen hos elektroderna som används vid vattenklyvning skulle kunna påskynda processen ytterligare.

Slutligen föreslog teamet att det kan vara användbart för mer än bara väteproduktion. Istället för havsvatten sänkte de en av enheterna i en utspädd lösning av litium och fann att efter 200 timmars drift ökade koncentrationen av litium mer än 40 gånger på grund av att vattnet kom in i enheten. Det finns många andra sammanhang, såsom rening av förorenat vatten, där denna koncentrationsförmåga kan vara användbar.

Detta löser inte alla problem som är förknippade med användningen av väte som energilager. Men det har verkligen potentialen att tillåta oss att stryka "behovet av rent vatten" från listan över dessa frågor.

Du kan hjälpa Ukraina att kämpa mot de ryska inkräktarna, det bästa sättet att göra detta är att donera pengar till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.

Också intressant:

DzhereloArs Technica
Bli Medlem
Meddela om
gäst

0 Kommentarer
Inbäddade recensioner
Visa alla kommentarer
Andra artiklar
Prenumerera för uppdateringar

Senaste kommentarerna

Populärt nu
0
Vi älskar dina tankar, kommentera gärna.x
()
x