Po mnenju skupine raziskovalcev z Univerze v Pennsylvaniji se lahko moč sonca, vetra in morja kmalu združi v proizvodnjo okolju prijaznega vodikovega goriva. Ekipa je tehnologijo čiščenja vode vključila v nov eksperimentalni projekt elektrolizator morske vode, ki uporablja električni tok za ločevanje vodika in kisika v molekulah vode.
Po besedah Brucea Logana, profesorja okoljskega inženiringa na Kappi in profesorja univerze Evan Pugh, bi lahko ta nova metoda "razcepitve morske vode" olajšala pretvorbo vetrne in sončne energije v goriva, ki jih je mogoče shraniti in prenosljiva.
"Vodik je odlično gorivo, vendar ga morate dobiti," je dejal Logan. - Edini trajnostni način za to je uporaba obnovljive energije in njena proizvodnja iz vode. Uporabiti je treba tudi vodo, ki je ljudje ne želijo uporabljati za druge namene, in to bi bila morska voda. Torej je moral sveti gral proizvodnje vodika združiti morsko vodo, vetrno in sončno energijo, ki jo najdemo v obalnih in morskih okoljih."
Kljub obilici morske vode se običajno ne uporablja za ločevanje vode. Če vode pred dovajanjem v elektrolizer ne razsolimo – kar je drag dodaten korak – se klorovi ioni v morski vodi spremenijo v strupen klorov plin, ki uniči opremo in pronica v okolje.
Da bi to preprečili, so raziskovalci vstavili tanko, polprepustno membrano, ki je bila prvotno zasnovana za čiščenje vode pri zdravljenju z reverzno osmozo (RO). Membrana za reverzno osmozo je nadomestila membrano za ionsko izmenjavo, ki se običajno uporablja v elektrolizerjih.
"Ideja za reverzno osmozo je, da ustvarite zelo visok pritisk na vodo, jo potisnete skozi membrano in zadržite klorove ione," je dejal Logan.
V elektrolizerju morska voda ne bo več potiskala skozi membrano reverzne osmoze, ampak jo bo ta zadrževala. Membrana se uporablja za ločevanje reakcij, ki potekajo v bližini dveh potopljenih elektrod – pozitivno nabite anode in negativno nabite katode – povezanih z zunanjim virom energije. Ko je napajanje vklopljeno, se molekule vode začnejo cepiti na anodi, sproščajo drobne vodikove ione, imenovane protoni, in tvorijo plin kisik. Protoni nato preidejo skozi membrano in se združijo z elektroni na katodi, da tvorijo vodikov plin.
Z nameščeno membrano za reverzno osmozo morska voda ostane na strani katode, klorovi ioni pa so preveliki, da bi šli skozi membrano in dosegli anodo, kar preprečuje nastajanje klorovega plina.
Toda pri cepljenju vode, kot je poudaril Logan, so druge soli namenoma raztopljene v vodi, da postane prevodna. Ionska izmenjevalna membrana, ki filtrira ione z električnim nabojem, omogoča prehod ionov soli skozi njo. Membrane za reverzno osmozo ni.
Ker je gibanje večjih ionov omejeno z RO membrano, so morali raziskovalci preizkusiti, ali so majhni protoni, ki se premikajo skozi pore, dovolj za vzdrževanje visokega električnega toka.
V nizu poskusov so raziskovalci testirali dve komercialno dostopni membrani za reverzno osmozo in dve kationski izmenjevalni membrani, vrsti ionske izmenjevalne membrane, ki omogoča gibanje vseh pozitivno nabitih ionov v sistemu. Vsak od njih je bil testiran glede odpornosti membrane na gibanje ionov. Izračunana je bila tudi količina energije, ki je potrebna za dokončanje reakcij, spremljana je bila tvorba plinastega vodika in kisika, analizirana je bila interakcija s klorovimi ioni in poškodbe membrane.
Raziskovalci so pred kratkim od Nacionalne znanstvene fundacije (NSF) prejeli nepovratna sredstva v višini 300 dolarjev za nadaljevanje raziskav elektrolize morske vode. Logan upa, da bodo njihove raziskave igrale ključno vlogo pri zmanjševanju emisij ogljikovega dioksida po vsem svetu.
Preberite tudi:
- TSMC: leta 2021 se bodo pojavile testne kopije 3nm procesorjev
- Gravitacija povzroča enotnost vesolja