Produkcja wodoru z wody morskiej

Woda morska, która stanowi ponad 95% wody na Ziemi, może stać się kluczowym zasobem w zrównoważonej produkcji czystego paliwa wodorowego przy użyciu katalizatorów rozszczepiających wodę opracowanych przez zespół pod przewodnictwem KAUST.

Rozdzielanie wody może stanowić atrakcyjny sposób na osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla, zwłaszcza w połączeniu z odnawialnymi źródłami energii, takimi jak energia słoneczna i wiatrowa. Rozszczepianie wody polega na rozkładzie wody w ogniwie elektrochemicznym w celu wytworzenia wodoru na katodzie i wytworzenia tlenu na anodzie pod przyłożonym napięciem. Jednak katalizatory wydzielania wodoru i tlenu, które dobrze sprawdzają się w wodzie słodkiej, stają się mniej skuteczne w wodzie morskiej ze względu na dużą ilość jonów, które mogą sprzyjać niepożądanym reakcjom i zatruwać katalizatory.

Silnie korozyjne jony chlorkowe obecne w wodzie morskiej podlegają złożonym reakcjom, które konkurują z wydzielaniem tlenu i wytwarzają szkodliwe związki, takie jak podchloryn. Ponieważ produkcja wodoru opiera się na stabilnych i wydajnych reakcjach na obu elektrodach, jony te stanowią główne wyzwanie w przypadku rozkładu wody morskiej.

Chemik wyjaśnia, że ​​może wystąpić tworzenie się podchlorynu, ponieważ do zaspokojenia potrzeb przemysłowych wymagane jest niższe napięcie robocze niż reakcja wydzielania się tlenu.

Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest zaprojektowanie selektywnych katalizatorów anodowych o niższych wymaganiach dotyczących napięcia. Jednowarstwowy katalizator anodowy niklowo-irydowy wykazał zwiększoną wydajność i stabilność w wodzie morskiej dzięki efektom synergistycznym między jego składnikami metalowymi.

Zespół opracował podejście zapewniające wysokowydajne i stabilne elektrokatalizatory wydzielające wodór do rozszczepiania wody morskiej. Naukowcy stworzyli maleńkie reaktory sześcienne, w których katalizator zamknięto w osłonie ochronnej z siarczku molibdenu. Rdzeń katalizatora składał się z aktywnego związku redoks na bazie molibdenu na nośniku węglowym i miał uporządkowaną strukturę nanoporowatą przypominającą zeolit.
Stosując podejście oparte na strukturze metaloorganicznej, badacze połączyli prekursory kompleksów metali z łącznikiem imidazolem w obecności środka powierzchniowo czynnego, aby wygenerować kostki cynkowo-molibdenowe podobne do zeolitu. Zmieszali powstałe struktury z tioacetamidem w etanolu pod chłodnicą zwrotną, tworząc sześcienną fazę tlenku molibdenu zamkniętą w cienkiej otoczce z siarczku cynku.

Następnie chemicznie przekształcili fazę sześcienną w pożądany aktywny związek redoks kapsułkowany w siarczku molibdenu w wysokiej temperaturze, a następnie selektywnie wytrawili zewnętrzną warstwę siarczku cynku w celu uzyskania nanoreaktorów.

Nanoreaktory wykazywały wysoką aktywność elektrokatalityczną i stabilność zarówno w wodzie słodkiej, jak i morskiej. „Niezwykłą aktywność i stabilność przypisuje się ich unikalnej strukturze”.

W rdzeniu znajdowały się liczne miejsca aktywne, które zwiększały produkcję wodoru, a w powłoce znajdowało się kilka defektów w swoich warstwach, zwłaszcza dziury o wielkości poniżej nanometra, które umożliwiały cząsteczkom wody przenikanie i dostęp do wewnętrznych miejsc aktywnych.

Działając jak kolczuga, skorupa blokowała również i zapobiegała osadzaniu się soli w miejscach aktywnych.
Hierarchiczna architektura nanoreaktora izoluje elektrolizę od reakcji ubocznych. „Podobnie jak w inteligentnym domu, główna reakcja zachodzi w pomieszczeniach, a reakcje uboczne na podwórku”.

Wierzcie lub nie, ale woda morska stanowi doskonałą bazę na paliwo. Dzieje się tak dlatego, że woda morska zawiera koktajl pierwiastków, takich jak wodór, tlen, sód i inne, które są niezbędne do rozwoju życia na Ziemi. Część paliwowa pochodzi z wodoru znajdującego się w wodzie morskiej. Niestety, odciągnięcie wodoru z pozostałych pierwiastków było sporym wyzwaniem, przynajmniej do tej pory.

Urządzenie wytwarza paliwo z wody morskiej poprzez wtryskiwanie wody morskiej do systemu lejków, który przepuszcza ją przez system filtracji z podwójną membraną. System ten wykorzystuje również energię elektryczną do skutecznego wyciągania wodoru z wody morskiej, skutecznie oddzielając go od innych pierwiastków występujących w naszych oceanach. Wyniki tego nowego badania pokazują, że mogłoby ono pomóc w przyspieszeniu nowych wysiłków na rzecz produkcji paliw niskoemisyjnych.

Największą zaletą było to, że system nie wytworzył wielu szkodliwych produktów ubocznych, co zaobserwowano w innych systemach. Większość obecnych systemów wody na wodór wykorzystuje membranę jednowarstwową. Jednak tym razem badacze połączyli ze sobą dwie warstwy i pokazali lepszy sposób kontrolowania sposobu przemieszczania się jonów w wodzie morskiej w ramach eksperymentu, co zwiększyło jego skuteczność.

Możliwość wytwarzania paliwa wodorowego z wody morskiej okazałaby się przydatna, ponieważ jest to paliwo niskoemisyjne, które jest obecnie wykorzystywane do napędzania pojazdów elektrycznych napędzanych ogniwami paliwowymi, a nawet sprawdza się jako opcja długoterminowego magazynowania w sieciach energetycznych. Poprzednie próby wytworzenia wodoru wymagały świeżej lub odsolonej wody i chociaż widzieliśmy skuteczne systemy odsalania wody, jest to znacznie droższe i energochłonne.
Dzieje się tak dlatego, że oczyszczanie wody przed jej użyciem wymaga drogich systemów, a także energii, a nawet większej złożoności urządzenia, podczas gdy urządzenie, które może wykorzystać wodę morską do wytworzenia paliwa wodorowego, nie wymagałoby tych dodatkowych części.

Produkcja wodoru z wody morskiej brzmi jak spełnienie marzeń!
Jest obfite, bezpłatne i łatwe.
Woda morska jest niemal nieograniczonym źródłem surowców i nie ma tu nikogo, kto mógłby za nią fakturować. Każdy może otrzymać pełne wiadro za darmo.
Kluczowi gracze w branży z pewnością zakochają się w tym pomyśle.
Proces ekstrakcji wodoru jest łatwy. Woda morska zawiera dużą ilość rozpuszczonego wodoru. Aby go wydobyć, wystarczy zwykła elektroliza – robiliśmy to nawet jako nastolatki na lekcjach fizyki!

Oto jak to działa
Jest naturalny, łatwy do przechowywania i bezpieczny
Woda morska jest uważana za odnawialne źródło energii, które może pomóc zmniejszyć naszą zależność od energii kopalnej. Proces ekstrakcji nie generuje emisji dwutlenku węgla.

Wodór można magazynować
Magazynowany wodór można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej lub zasilania pojazdów dokładnie wtedy, gdy jest to potrzebne.
Rekompensuje przerwy w dostawie innych odnawialnych źródeł energii – deszczowe lub bezwietrzne dni. Jest idealny dla regionów z dostępem do dużych zbiorników wody morskiej, ale z niewielką ilością konwencjonalnych zasobów energii.
Może pomóc w ograniczeniu globalnego ocieplenia, zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego i ochronie środowiska.

Naprawdę łatwe
Proces jest energochłonny: ekstrakcja wodoru z wody morskiej wymaga dużej ilości energii, a ogólna wydajność jest dość niska.
Produkcja jest droga: budowa infrastruktury wymaga bardzo wysokich inwestycji początkowych. Konserwacja jest również kluczowa, ponieważ zawartość soli w wodzie morskiej może powodować korozję i inne problemy techniczne.
Lokalizacje są rzadkie: w takich miejscach należy wziąć pod uwagę głębokość i jakość wody, a także bliskość źródeł energii. Nie wszystkie regiony nadają się do produkcji wodoru z wody morskiej!
I w końcu nie jest tak bezpiecznie, jak mogłoby się wydawać!

W procesie uwalnia się gazowy chlor.
Gaz ten łączy się z innymi naturalnymi pierwiastkami i tworzy dioksyny, które zanieczyszczają wodę, zanieczyszczają ryby i przenoszą się na ludzi i większe zwierzęta, które jedzą.

Czy chcesz kilka przykładów, z którymi się łączy
Water =>kwas solny, ostry efekt toksyczny na wszystkie formy życia.
Hydrogen =>chlorowodór gazowy, substancja silnie wybuchowa
Acetylen – gaz wytwarzany przez niektóre organizmy morskie, takie jak bakterie i niektóre gatunki glonów. Łączy się w dichloroetan, związek wysoce wybuchowy.

Eter, śladowe ilości w niektórych gatunkach alg. Łączy się w aldehyd chlorooctowy, wysoce toksyczny i rakotwórczy związek.
Amoniak, powszechnie wytwarzany przez organizmy morskie. Łączy się w chloraminy, wysoce toksyczną substancję drażniącą drogi oddechowe.
Obiecująca innowacja, która może zrewolucjonizować sektor czystej energii
Produkcja wodoru z wody morskiej może mieć drastyczne znaczenie i pomóc w walce z globalnym ociepleniem w bardziej zrównoważony sposób.
Może również zmniejszyć naszą zależność od paliw kopalnych i skierować się w stronę czystszej, bardziej zrównoważonej i przystępnej cenowo przyszłości.
Obietnice te sprawiają, że zbyt łatwo jest przeoczyć wiele związanych z nimi wyzwań i zagrożeń.
Oto moja prośba do kluczowych graczy w dziedzinie gospodarki i energetyki: proszę, weźcie głęboki oddech, usiądźcie wygodnie i pomyślcie o tym przez chwilę.

Naukowcy stwierdzili w komunikacie prasowym, że praca z wodą morską byłaby bardziej ekonomiczną opcją, ponieważ oczyszczanie wody jest drogie, energochłonne i zwiększa złożoność urządzeń. Co więcej, naturalna słodka woda zawiera zanieczyszczenia, które stanowią problem dla współczesnej technologii, a ponadto jest zasobem ograniczonym na naszej planecie.
Oprócz opracowania układu membranowego woda morska-wodór zespół zauważył, że badanie umożliwiło lepsze ogólne zrozumienie sposobu, w jaki jony wody morskiej przemieszczają się przez membrany. Wiedzę tę można zastosować w innych dziedzinach, takich jak produkcja gazowego tlenu.
Co więcej, stwierdzili, że zrozumienie przepływu i konwersji jonów w układzie membran bipolarnych jest niezbędne dla wysiłków zmierzających do wytworzenia tlenu w drodze elektrolizy, a zespół wykazał w swoim eksperymencie, że membrana bipolarna może generować gazowy tlen wraz z wytwarzaniem wodoru.
Celem zespołu jest udoskonalenie elektrod i membran przy użyciu łatwiej dostępnych i łatwiejszych do ekstrakcji materiałów. To udoskonalenie konstrukcji mogłoby znacznie uprościć skalowanie układu elektrolizy do rozmiarów niezbędnych do wytwarzania wodoru na potrzeby działań energochłonnych, takich jak transport.

Produkty sprzedawane są we wszystkich regionach Chin i eksportowane do krajów na całym świecie. Zostały sprzedane w ponad 20 krajach i regionach, w tym w Stanach Zjednoczonych, Niemczech, Maroku, Kenii, Arabii Saudyjskiej, Wietnamie, Algierii, Indiach, Tanzanii i Tajwanie. Pomyślnie dostarczono dobrze znane przedsiębiorstwa, takie jak China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group i inne znane przedsiębiorstwa. Istnieje wiele stacji uwodornienia zielonego wodoru, takich jak Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming itp., które realizują projekty ekologiczne i wytwarzające wodór.