ด้วยการลดลงของราคาพลังงานหมุนเวียน มีความสนใจเพิ่มขึ้นในการหาวิธีที่จะประหยัดทางเศรษฐกิจ แบตเตอรี่สามารถรับมือกับไฟกระชากในการผลิตในระยะสั้นได้ แต่อาจไม่สามารถรับมือกับการขาดแคลนในระยะยาวหรือการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของการผลิตไฟฟ้าได้ ไฮโดรเจนเป็นหนึ่งในหลายตัวเลือกที่อยู่ภายใต้การพิจารณาซึ่งมีศักยภาพที่จะทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระยะยาวระหว่างช่วงเวลาการผลิตพลังงานหมุนเวียนสูง
แต่ไฮโดรเจนก็มีปัญหาในตัวเอง การได้มาโดยการแยกน้ำนั้นค่อนข้างไร้ประสิทธิภาพจากมุมมองของพลังงาน และการเก็บมันไว้เป็นเวลานานอาจเป็นเรื่องยาก ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ผลิตไฮโดรเจนส่วนใหญ่ทำงานได้ดีที่สุดกับน้ำสะอาด – ไม่จำเป็นต้องเป็นชนิดที่หาได้ง่าย เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะเพิ่มความรุนแรงของภัยแล้ง
กลุ่มนักวิจัยในจีนได้พัฒนาอุปกรณ์ที่สามารถผลิตไฮโดรเจนจากน้ำทะเลได้ ซึ่งจริงๆ แล้วอุปกรณ์ดังกล่าวต้องอยู่ในน้ำทะเลจึงจะทำงานได้ แนวคิดหลักที่อยู่เบื้องหลังผลงานของเขาจะเป็นที่คุ้นเคยสำหรับใครก็ตามที่เข้าใจว่าเสื้อผ้ากันน้ำส่วนใหญ่ทำงานอย่างไร
เสื้อผ้าที่กันน้ำและระบายอากาศได้ต้องอาศัยเมมเบรนที่มีรูพรุนที่มีโครงสร้างอย่างระมัดระวัง เมมเบรนทำจากวัสดุที่ไม่ซับน้ำ มีรูพรุน แต่มีขนาดเล็กเกินไปที่จะให้น้ำผ่านเข้าไปได้ แต่มีขนาดใหญ่พอที่โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจะผ่านเข้าไปได้ เป็นผลให้น้ำที่อยู่ด้านนอกของเสื้อผ้ายังคงอยู่ แต่เหงื่อที่อยู่ด้านในที่ระเหยจะยังคงไหลผ่านเนื้อผ้าและออกสู่โลกภายนอก เป็นผลให้ผ้าหายใจ
เมมเบรนดังกล่าวเป็นศูนย์กลางในการทำงานของอุปกรณ์ใหม่ ไม่ผ่านน้ำของเหลวผ่านเมมเบรน แต่ผ่านไอน้ำ ข้อแตกต่างที่สำคัญคือน้ำที่เป็นของเหลวอยู่ทั้งสองด้านของเมมเบรน
ภายนอก - น้ำทะเลพร้อมเกลือมาตรฐาน ภายในเป็นสารละลายเข้มข้นของเกลือเดี่ยว - ในกรณีนี้คือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) - ซึ่งเข้ากันได้กับกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสที่ผลิตไฮโดรเจน จุ่มอยู่ในสารละลาย KOH เป็นชุดของอิเล็กโทรดที่ผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนบนทั้งสองด้านของตัวคั่น ทำให้กระแสก๊าซสะอาด
จะเกิดอะไรขึ้นหลังจากอุปกรณ์เริ่มทำงาน เมื่อน้ำภายในอุปกรณ์แตกตัวเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน ระดับน้ำที่ลดลงจะเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายเกลือกัดกร่อน (ซึ่งในตอนแรกมีความเข้มข้นมากกว่าน้ำทะเลมาก) ทำให้ประหยัดพลังงานในการเคลื่อนน้ำผ่านเยื่อหุ้มน้ำทะเลเพื่อเจือจาง KOH และเนื่องจากรูขุมขนเป็นไปได้ แต่ถ้าน้ำเคลื่อนที่ในรูปของไอน้ำเท่านั้น
เป็นผลให้ในขณะที่อยู่ภายในเมมเบรน น้ำจะยังคงอยู่ในสถานะไอในช่วงเวลาสั้น ๆ และจากนั้นจะเปลี่ยนเป็นของเหลวอย่างรวดเร็วทันทีที่เข้าสู่อุปกรณ์ ส่วนผสมของเกลือที่ซับซ้อนทั้งหมดที่มีอยู่ในน้ำทะเลยังคงอยู่นอกเมมเบรน และมีน้ำจืดไหลอย่างต่อเนื่องไปยังอิเล็กโทรดที่แยกมันออก ที่สำคัญ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นโดยไม่ใช้พลังงานตามปกติในการแยกเกลือออก ทำให้กระบวนการโดยรวมประหยัดพลังงานมากกว่าการบำบัดน้ำเพื่อใช้ในอิเล็กโทรไลเซอร์มาตรฐาน
โดยหลักการแล้ว ทั้งหมดนี้ฟังดูดี แต่มันใช้งานได้จริงหรือ? ทีมงานได้ประกอบอุปกรณ์และทดสอบในน้ำทะเลของอ่าวเซินเจิ้น (อ่าวทางเหนือของฮ่องกงและมาเก๊า) เพื่อหาคำตอบ และด้วยมาตรการที่สมเหตุสมผลแทบทุกอย่าง ก็ทำได้ดี
มันยังคงประสิทธิภาพแม้หลังจากใช้งานไปแล้ว 3200 ชั่วโมง และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของเมมเบรนหลังการใช้งานแสดงให้เห็นว่ารูขุมขนยังคงไม่ถูกปิดกั้นในขั้นตอนนี้ KOH ที่ใช้สำหรับระบบไม่บริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงมีไอออนที่พบในน้ำทะเลในระดับต่ำ แต่ระดับเหล่านี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งเป็นการยืนยันว่าระบบไม่อนุญาตให้น้ำทะเลเข้าไปในห้องอิเล็กโทรลิซิส ในแง่ของการใช้พลังงาน ระบบใช้เทียบเท่ากับอิเล็กโทรไลเซอร์มาตรฐาน ยืนยันว่าการบำบัดน้ำไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานใดๆ
สารละลาย KOH ยังสร้างสมดุลในตัวเอง โดยการแพร่กระจายของน้ำเข้าสู่อุปกรณ์จะช้าลงหากสารละลายภายในเจือจางเกินไป หากเข้มข้นเกินไป ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลซิสจะลดลง ดังนั้นการกำจัดน้ำจึงช้าลง
ผู้เขียนคาดการณ์ว่าอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถทำงานภายใต้แรงดันน้ำทะเลที่ระดับความลึกสูงสุด 75 ม. อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่ระดับความลึกเหล่านี้อาจมีข้อจำกัด เนื่องจากอัตราการแพร่ของน้ำผ่านเมมเบรนจะสูงกว่าที่อุณหภูมิ 30°C ถึง 0 เท่าที่ XNUMX องศาเซลเซียส
แม้จะมีข่าวดีทั้งหมดนี้ แต่ก็ยังมีโอกาสที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน เกลือต่างๆ นอกเหนือจาก KOH นั้นใช้ได้ และบางชนิดอาจทำงานได้ดีกว่า นักวิจัยยังพบว่าการรวม KOH เข้ากับไฮโดรเจลรอบๆ อิเล็กโทรดจะเพิ่มการผลิตไฮโดรเจน สุดท้าย เป็นไปได้ว่าการเปลี่ยนวัสดุหรือโครงสร้างของอิเล็กโทรดที่ใช้ในการแยกน้ำอาจทำให้กระบวนการเร็วขึ้น
สุดท้ายนี้ ทีมงานเสนอว่ามันอาจมีประโยชน์มากกว่าแค่การผลิตไฮโดรเจน แทนที่จะใช้น้ำทะเล พวกเขาจุ่มอุปกรณ์ตัวใดตัวหนึ่งลงในสารละลายลิเธียมที่เจือจางแล้ว และพบว่าหลังจากใช้งานไป 200 ชั่วโมง ความเข้มข้นของลิเธียมเพิ่มขึ้นมากกว่า 40 เท่าเนื่องจากน้ำเข้าไปในอุปกรณ์ มีบริบทอื่นๆ อีกมากมาย เช่น การบำบัดน้ำที่ปนเปื้อน ซึ่งความสามารถในการมีสมาธินี้จะเป็นประโยชน์
สิ่งนี้ไม่ได้แก้ปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งเก็บพลังงาน แต่แน่นอนว่ามีศักยภาพที่จะทำให้เราข้าม "ความต้องการน้ำสะอาด" ออกจากรายการปัญหาเหล่านี้ได้
คุณสามารถช่วยยูเครนต่อสู้กับผู้รุกรานรัสเซียได้ วิธีที่ดีที่สุดคือการบริจาคเงินให้กับกองทัพยูเครนผ่าน เซฟไลฟ์ หรือทางเพจอย่างเป็นทางการ NBU.
ที่น่าสนใจเช่นกัน:
เขียนความเห็น