На думку групи дослідників з Пенсільванського університету, сила сонця, вітру і моря незабаром може об’єднатися для виробництва екологічно чистого водневого палива. Команда інтегрувала технологію очищення води в новий експериментальний проект електролізера морської води, який використовує електричний струм для поділу водню і кисню в молекулах води.
За словами Брюса Логана – професора екологічної інженерії в Каппі і професора Університету Евана П’ю, цей новий метод «розщеплення морської води» може полегшити перетворення енергії вітру і сонця в придатне для зберігання і портативний паливо.
«Водень – відмінне паливо, але його треба здобувати, – сказав Логан. – Єдиний стійкий спосіб зробити це – використовувати поновлювану енергію і виробляти його з води. Вам також необхідно використовувати воду, яку люди не хочуть використовувати для інших цілей, і це буде морська вода. Отже, Святий Грааль виробництва водню повинен був об’єднати морську воду, енергію вітру і сонця, знайдену в прибережних і морських середовищах».
Попри велику кількість морської води, вона зазвичай не використовується для поділу води. Якщо вода не опріснена перед подачею в електролізер – дорогий додатковий етап – іони хлору в морській воді перетворюються на токсичний газоподібний хлор, який руйнує обладнання і просочується в навколишнє середовище.
Щоб запобігти цьому, дослідники вставили тонку напівпроникну мембрану, спочатку розроблену для очищення води в процесі обробки зворотним осмосом (RO). Мембрана зворотного осмосу замінила іонообмінну мембрану, яка зазвичай використовується в електролізерах.
«Ідея зворотного осмосу полягає в тому, що ви робите дійсно високий тиск на воду, проштовхуючи її через мембрану і утримуєте іони хлору позаду», – сказав Логан.
В електролізері морська вода більше не буде проштовхуватися через мембрану зворотного осмосу, а буде утримуватися нею. Мембрана використовується для поділу реакцій, що відбуваються поруч з двома зануреними електродами – позитивно зарядженим анодом і негативно зарядженим катодом – підключених до зовнішнього джерела живлення. При включенні живлення молекули води починають розщеплюватися на аноді, вивільняючи крихітні іони водню, звані протонами, і утворюючи газоподібний кисень. Потім протони проходять через мембрану і з’єднуються з електронами на катоді з утворенням газоподібного водню.
При встановленій мембрані зворотного осмосу морська вода залишається на катодному боці, а іони хлору занадто великі, щоб пройти через мембрану і досягти анода, що запобігає утворенню газоподібного хлору.
Але при розщепленні води, як зауважив Логан, інші солі навмисно розчиняються у воді, щоб зробити її провідною. Іонообмінна мембрана, яка фільтрує іони по електричному заряду, дозволяє іонам солі проходити через неї. Мембрана зворотного осмосу – немає.
Оскільки рух більших іонів обмежується RO мембраною, дослідникам необхідно було перевірити, чи достатньо крихітних протонів, що рухаються через пори, щоб підтримувати високий електричний струм.
В ході серії експериментів дослідники протестували дві комерційно доступні мембрани зворотного осмосу і дві катіонообмінні мембрани – тип іонообмінної мембрани, яка дозволяє переміщати усі позитивно заряджені іони в системі. Кожен з них був протестований на стійкість мембрани до руху іонів. Також обчислювалася кількість енергії, необхідна для завершення реакцій, контролювалося утворення газоподібного водню і кисню, аналізувалася взаємодія з іонами хлору і пошкодження мембрани.
Нещодавно дослідники отримали грант у розмірі 300 000 доларів від Національного наукового фонду (NSF) на продовження досліджень електролізу морської води. Логан сподівається, що їх дослідження зіграють вирішальну роль в скороченні викидів вуглекислого газу в усьому світі.
Читайте також:
Leave a Reply