Výroba vodíka z morskej vody

Morská voda, ktorá tvorí viac ako 95 % vody na Zemi, by sa mohla stať kľúčovým zdrojom pri udržateľnej výrobe čistého vodíkového paliva s použitím katalyzátorov na štiepenie vody, ktoré vyvinul tím pod vedením KAUST.

Štiepenie vody by mohlo ponúknuť príťažlivú cestu k uhlíkovej neutralite, najmä v spojení s obnoviteľnými zdrojmi energie, ako je solárna a veterná energia. Štiepenie vody zahŕňa rozklad vody v elektrochemickom článku za vzniku vodíka na katóde, zatiaľ čo sa na anóde generuje kyslík pod aplikovaným napätím. Katalyzátory na vývoj vodíka a kyslíka, ktoré dobre fungujú v sladkej vode, sa však stávajú menej účinnými v morskej vode kvôli hojným iónom, ktoré môžu podporovať nežiaduce reakcie a jedovaté katalyzátory.

Vysoko korozívne chloridové ióny prítomné v morskej vode podliehajú zložitým reakciám, ktoré súťažia s vývojom kyslíka a vytvárajú škodlivé zlúčeniny, ako je chlórnan. Pretože produkcia vodíka závisí od stabilných a účinných reakcií na oboch elektródach, tieto ióny sú hlavnou výzvou pre štiepenie morskej vody.

Chemist vysvetľuje, že k tvorbe chlórnanu môže dôjsť, pretože vyžaduje nižšie prevádzkové napätie na splnenie priemyselných potrieb ako reakcia na vývoj kyslíka.

Jedným zo spôsobov, ako vyriešiť tento problém, je navrhnúť selektívne anódové katalyzátory s nižšími požiadavkami na napätie. Nikel-irídiový jednovrstvový anódový katalyzátor vykazoval zvýšený výkon a stabilitu v morskej vode vďaka synergickým účinkom medzi jeho kovovými zložkami.

Tím navrhol prístup, ktorý poskytuje vysokoúčinné a stabilné elektrokatalyzátory na vývoj vodíka na štiepenie morskej vody. Výskumníci vytvorili malé kubické reaktory, v ktorých bol katalyzátor uzavretý v ochrannom obale sulfidu molybdénu. Jadro katalyzátora pozostávalo z redox aktívnej zlúčeniny na báze molybdénu na uhlíkovom nosiči a malo usporiadanú nanoporéznu štruktúru podobnú zeolitu.
Pomocou prístupu založeného na kovovej organickej kostre výskumníci kombinovali prekurzory kovových komplexov s linkerom imidazolom v prítomnosti povrchovo aktívnej látky, aby vytvorili kocky zinku a molybdénu podobné zeolitu. Výsledné štruktúry zmiešali s tioacetamidom v etanole pod spätným chladičom, čím sa vytvorila fáza kubického oxidu molybdénu uzavretá v tenkom obale sulfidu zinočnatého.

Potom chemicky premenili kubickú fázu na požadovanú redox aktívnu zlúčeninu zapuzdrenú sírnikom molybdénovým pri vysokej teplote pred selektívnym leptaním vonkajšej vrstvy sulfidu zinočnatého, čím sa získali nanoreaktory.

Nanoreaktory vykazovali vysokú elektrokatalytickú aktivitu a stabilitu v sladkej aj morskej vode. "Pozoruhodná aktivita a stabilita sa pripisujú ich jedinečnej štruktúre."

Jadro vykazovalo početné aktívne miesta, ktoré zvýšili produkciu vodíka, a škrupina predstavovala niekoľko defektov vo svojich vrstvách, najmä diery s veľkosťou subnanometrov, ktoré umožňovali molekulám vody prenikať a pristupovať k vnútorným aktívnym miestam.

Škrupina, ktorá pôsobila ako reťazová pošta, tiež blokovala a bránila ukladaniu solí na aktívne miesta.
Hierarchická architektúra nanoreaktora izoluje elektrolýzu od vedľajších reakcií. "Podobne ako v inteligentnom dome, hlavná reakcia prebieha v miestnostiach, zatiaľ čo vedľajšie reakcie sa dejú na dvore."

Verte tomu alebo nie, morská voda je vynikajúcou základňou pre palivo. Je to preto, že morská voda obsahuje kokteil prvkov, ako je vodík, kyslík, sodík a ďalšie, ktoré sú nevyhnutné pre život na Zemi. Palivová časť tu pochádza z vodíka nachádzajúceho sa v morskej vode. Bohužiaľ, sťahovanie vodíkového plynu zo zvyšku prvkov bolo dosť náročné, aspoň doteraz.

Zariadenie vyrába to, čo sa rovná morskej vode, vstrekovaním morskej vody do lievikovitého systému, ktorý ju poháňa cez dvojmembránový filtračný systém. Tento systém tiež využíva elektrinu na úspešné vytiahnutie vodíka z morskej vody, čím ho efektívne oddelí od ostatných prvkov nachádzajúcich sa v našich oceánoch. Výsledky tejto novej štúdie ukazujú, že by mohla pomôcť pokročiť v novom úsilí o výrobu palív s nízkym obsahom uhlíka.

Veľkou výhrou tu bolo, že systém nevytvoril veľa škodlivých vedľajších produktov, čo je niečo, čo videli v iných systémoch. Väčšina súčasných systémov voda-vodík používa jednovrstvovú membránu. Tentoraz však výskumníci spojili dve vrstvy a ukázali lepší spôsob, ako kontrolovať spôsob, akým sa ióny v morskej vode pohybovali v rámci experimentu, čo ho zefektívnilo.

Schopnosť vyrábať vodíkové palivo pomocou morskej vody by sa ukázala ako užitočná, pretože ide o nízkouhlíkové palivo, ktoré sa v súčasnosti používa na pohon elektrických vozidiel s palivovými článkami a dokonca funguje ako možnosť dlhodobého skladovania pre energetické siete. Predchádzajúce pokusy o výrobu plynného vodíka vyžadujú čerstvú alebo odsolenú vodu, a hoci sme videli úspešné systémy na odsoľovanie vody, je to oveľa drahšie a energeticky náročnejšie.
Je to preto, že čistenie vody pred použitím si vyžaduje drahé systémy, ako aj energiu a dokonca aj zložitosť zariadenia, zatiaľ čo zariadenie, ktoré môže používať morskú vodu na výrobu vodíkového paliva, by tieto ďalšie diely nevyžadovalo.

Výroba vodíka z morskej vody znie ako splnený sen!
Je bohatá, bezplatná a ľahká.
Morská voda je takmer neobmedzený zdroj surovín a nie je tu nikto, kto by ju fakturoval. Ktokoľvek môže dostať plné vedro zadarmo.
Kľúčoví hráči v tomto odvetví si túto myšlienku určite zamilujú.
Proces extrakcie vodíka je jednoduchý. Morská voda obsahuje veľké množstvo rozpusteného plynného vodíka. Na jeho extrakciu je potrebná jednoduchá elektrolýza – robili sme to dokonca ako tínedžeri na hodinách fyziky!

Tu je návod, ako to funguje
Je prírodný, skladný a bezpečný
Morská voda sa považuje za obnoviteľný zdroj energie, ktorý by mohol pomôcť znížiť našu závislosť od fosílnej energie. A proces extrakcie nevytvára uhlíkové emisie.

Vodík je možné skladovať
Uložený vodík možno použiť na výrobu elektriny alebo pohonu vozidiel presne vtedy, keď je to potrebné.
Nahrádza prerušovanie iných obnoviteľných zdrojov – daždivé alebo bezvetrné dni. Je ideálny pre regióny s prístupom k veľkým objemom morskej vody, ale s malým množstvom konvenčných zdrojov energie.
Môže pomôcť znížiť globálne otepľovanie, zaistiť energetickú bezpečnosť a chrániť životné prostredie.

Jednoduché, naozaj
Proces je energeticky náročný: extrakcia vodíka z morskej vody si vyžaduje veľké množstvo energie a celková účinnosť je dosť nízka.
Výroba je drahá: Budovanie infraštruktúry si vyžaduje veľmi vysoké počiatočné investície. Údržba je tiež dôležitá, pretože obsah soli v morskej vode môže spôsobiť koróziu a iné technické problémy.
Miesta sú zriedkavé: Tieto lokality musia brať do úvahy hĺbku a kvalitu vody, ako aj blízkosť zdrojov energie. Nie všetky regióny sú vhodné na výrobu vodíka z morskej vody!
A nakoniec, nie je to také bezpečné, ako by ste si mysleli!

Proces uvoľňuje plynný chlór.
Tento plyn sa spája s inými prírodnými prvkami a vytvára dioxíny, ktoré znečisťujú vodu, kontaminujú ryby a prenášajú sa na ľudí a väčšie zvieratá, ktoré ryby požierajú.

Chcete nejaké príklady Kombinuje sa s
Water =>kyselina chlorovodíková, akútny toxický účinok na všetky formy života.
Hydrogen =>plynný chlorovodík, vysoko výbušná zlúčenina
Acetylén, plyn, ktorý môžu produkovať niektoré morské organizmy, ako sú baktérie a určité druhy rias. Spája sa do dichlóretánu, vysoko výbušnej zlúčeniny.

Éter, stopové množstvá v určitých druhoch rias. Zlúči sa do chlóracetaldehydu, vysoko toxickej, karcinogénnej zlúčeniny.
Amoniak, bežne produkovaný morskými organizmami. Zlučuje sa do chloramínov, vysoko toxických dráždivých dýchacích ciest.
Sľubná inovácia s potenciálom spôsobiť revolúciu v sektore čistej energie
Produkcia vodíka z morskej vody by mohla znamenať drastický rozdiel a pomôcť riešiť globálne otepľovanie udržateľnejším spôsobom.
Má tiež potenciál znížiť našu závislosť od fosílnych palív a posunúť sa k čistejšej, udržateľnejšej a dostupnejšej budúcnosti.
Vďaka týmto prísľubom je až príliš jednoduché prehliadať mnohé výzvy a riziká, ktoré s tým súvisia.
Toto je moja prosba ku kľúčovým hráčom v oblasti ekonomiky a energetiky: Prosím, zhlboka sa nadýchnite, sadnite si a na chvíľu o tom popremýšľajte.

Vedci v tlačovej správe uviedli, že práca s morskou vodou by bola ekonomickejšia možnosť, keďže čistenie vody je drahé, energeticky náročné a zariadeniam pridáva na zložitosti. Okrem toho prírodná sladká voda obsahuje nečistoty, ktoré sú problematické pre moderné technológie, okrem toho, že ide o obmedzený zdroj na planéte.
Okrem vývoja membránového systému z morskej vody na vodík tím poznamenal, že štúdia poskytla lepšie celkové pochopenie toho, ako sa ióny morskej vody pohybujú cez membrány. Tieto poznatky by sa mohli použiť v iných oblastiach, ako je napríklad výroba plynného kyslíka.
Okrem toho uviedli, že pochopenie toku iónov a konverzie v systéme bipolárnej membrány je nevyhnutné pre snahu o produkciu kyslíka elektrolýzou a tím ukázal, že bipolárna membrána by v ich experimente mohla generovať plynný kyslík spolu s produkciou vodíka.
Cieľom tímu je zlepšiť elektródy a membrány pomocou ľahšie dostupných a ľahko extrahovaných materiálov. Toto vylepšenie dizajnu by mohlo výrazne zjednodušiť škálovanie systému elektrolýzy na veľkosť potrebnú na výrobu vodíka pre energeticky náročné činnosti, ako je doprava.

Produkty sa predávajú vo všetkých regiónoch Číny a vyvážajú sa do krajín po celom svete. Predávali sa vo viac ako 20 krajinách a regiónoch vrátane Spojených štátov, Nemecka, Maroka, Kene, Saudskej Arábie, Vietnamu, Alžírska, Indie, Tanzánie a Taiwanu. Úspešne poskytli známe podniky, ako sú China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group a ďalšie známe podniky. Existuje mnoho staníc na hydrogenáciu zeleného vodíka, ako sú Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming atď., ktoré poskytujú zelené projekty a projekty na výrobu vodíka.