02/02/2023
Новий прототип пристрою генерує водень з неочищеної морської води.
Вчені знайшли хитрий спосіб генерувати водень прямо з солоної морської води. Це може стати ще одним кроком до чистого енергетичного майбутнього, якщо відновлювані джерела живлять процес. Новий пристрій вносить кілька хімічних модифікацій в що існує технології, дозволяючи витягувати водень з неочищеної, неочищеної морської води, що може зменшити занепокоєння щодо використання дорогоцінних запасів води.
«Ми розділили природну морську воду на кисень і водень… щоб отримати зелений водень шляхом електролізу, використовуючи недорогоцінний і дешевий каталізатор у комерційному електролізері», — пояснює інженер-хімік Шижан Цяо з Університету Аделаїди в Австралії. Традиційно водневе паливо виготовляли з використанням природного газу, але його також можна виготовити за допомогою електролізу.
Електроліз — це реакція розщеплення води, яка використовує електрику, щоб витягнути атоми водню з ліктьоподібних молекул води, а електролізер — це пристрій, у якому це відбувається. Зараз цей процес можна досягти за допомогою електроенергії з викопного палива або відновлюваних джерел енергії, але обидві системи потребують прісної води. Пошук способу досягнення електролізу за допомогою морської води може зробити майбутнє виробництва зеленого водневого палива набагато більш стійким.
Дослідники намагалися розробити альтернативу комерційним електролізерам, які працюють лише з очищеною прісною водою, через побоювання щодо нестачі води. Доступна прісна вода становить лише 1 відсоток від загальної води на Землі, але є фактично необмежені запаси морської води, які можна використовувати.
Хоча занепокоєння щодо дефіциту води обґрунтовані, останні оцінки показують, що кількість води, необхідної для підтримки майбутнього використання водню, набагато, набагато менша, ніж трильйони літрів води, які сьогодні використовуються для видобутку та спалювання викопного палива.
Проте вчені все ще пам’ятають про вплив на навколишнє середовище. Протягом десятиліть вони намагалися розробити пристрої для отримання водню з морської води, але постійно стикалися з кількома перешкодами.
Потрапляючи в електролізер, небажані іони хлору в морській воді руйнують матеріали каталізатора, призначені для запуску реакції розщеплення води з утворенням водню. Також утворюються масивні нерозчинні осади, які блокують місця реакції та перешкоджають великомасштабному виробництву. Нова система, розроблена Цяо та його колегами, дозволяє уникнути обох цих проблем.
Як описано в їхній новій статті, дослідники нанесли тверду кислоту Льюїса на серію звичайних каталізаторів оксиду кобальту для розщеплення молекул води. У серії випробувань модифіковані каталізатори протистояли впливу хлору та запобігали утворенню будь-яких опадів.
«Це загальна стратегія, яку можна застосовувати до різних каталізаторів без потреби в спеціально розроблених каталізаторах і конструкції електролізера», — пишуть дослідники у своїй опублікованій статті.
Хоча це звучить багатообіцяюче, десятирічні зусилля з розробки електролізерів морської води повинні служити нагадуванням про виклики, які чекають на шляху комерціалізації цієї чи будь-якої іншої технології.
«Прямий електроліз морської води без процесу очищення та хімічних добавок є дуже привабливим і досліджується вже близько 40 років, але ключові проблеми цієї технології залишаються як у розробці каталізатора, так і в дизайні пристроїв», — зазначають дослідники.
Нещодавній прогрес надихає, оскільки цей новий пристрій є однією з багатьох багатообіцяючих спроб генерувати водень з морської води. Наприклад, вчені з Китаю та Австралії нещодавно розробили прототип пристрою, призначеного для плавання на поверхні океану та виділення водню з морської води за допомогою сонячної енергії. Інший прототип, який працює, використовує зовсім інший підхід, збираючи воду з вологого повітря перед вилученням водню.
Звичайно, прототипи далекі від методів промислового масштабу, тому добре мати здорове поєднання потенційних систем у конвеєрі, щоб побачити, які з них забезпечать результат.
Цяо та його колеги працюють над розширенням своєї системи, використовуючи більший електролізер. Але багато факторів можуть створити або зламати потенційну технологію. Комерціалізація будь-якого процесу зводиться до вартості матеріалів, витрат енергії та ефективності в масштабі, де невеликі прибутки можуть значно змінити кількість виробленого водню.
Кобальт, матеріал, який використовується в металооксидних каталізаторах, також не позбавлений проблем. Як і будь-який дорогоцінний метал, який використовується в батареях або сонячних батареях, його потрібно видобувати екологічно і, де це можливо, переробляти.
Випробувавши довговічність своєї установки, Цяо та його колеги вважають, що їхні модифіковані каталізатори можуть пройти цю дистанцію. Їхня система може забезпечити подібну продуктивність для комерційного електролізера за тих же низьких температур і робочих умов. Але враховуючи, що інші дослідники намагаються постійно підвищувати ефективність звичайних електролізерів, це дійсно гра для кожного.
