Vandenilio gamyba iš jūros vandens

Jūros vanduo, kuris sudaro daugiau nei 95% Žemės vandens, gali tapti pagrindiniu ištekliu tvarioje švaraus vandenilio kuro gamyboje, naudojant KAUST vadovaujamos komandos sukurtus vandens skaidymo katalizatorius.

Vandens padalijimas gali būti patrauklus būdas neutralizuoti anglies dioksidą, ypač kartu su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, tokiais kaip saulės ir vėjo energija. Vandens padalijimas apima vandens suskaidymą elektrocheminėje ląstelėje, kad katode susidarytų vandenilis, o anode, veikiant įtampai, generuojamas deguonis. Tačiau vandenilio ir deguonies evoliucijos katalizatoriai, kurie gerai veikia gėlame vandenyje, tampa mažiau veiksmingi jūros vandenyje dėl gausių jonų, kurie gali paskatinti nepageidaujamas reakcijas ir nuodų katalizatorius.

Labai ėsdinantys chlorido jonai, esantys jūros vandenyje, patiria sudėtingas reakcijas, kurios konkuruoja su deguonies išsiskyrimu ir sukuria kenksmingus junginius, tokius kaip hipochloritas. Kadangi vandenilio gamyba priklauso nuo stabilių ir veiksmingų abiejų elektrodų reakcijų, šie jonai yra pagrindinis jūros vandens skaidymo iššūkis.

Chemikas paaiškina, kad hipochloritas gali susidaryti, nes pramoniniams poreikiams patenkinti reikia mažesnės darbinės įtampos nei deguonies išsiskyrimo reakcijai.

Vienas iš būdų išspręsti šią problemą yra sukurti selektyvius anodo katalizatorius su mažesniais įtampos reikalavimais. Nikelio ir iridžio vienasluoksnis anodo katalizatorius pagerino našumą ir stabilumą jūros vandenyje dėl sinergetinių jo metalinių komponentų poveikio.

Komanda sukūrė metodą, kuris užtikrina didelio efektyvumo ir stabilius vandenilio evoliucijos elektrokatalizatorius jūros vandeniui skaidyti. Tyrėjai sukūrė mažyčius kubinius reaktorius, kuriuose katalizatorius buvo įdėtas į molibdeno sulfido apsauginį apvalkalą. Katalizatoriaus šerdį sudarė anglimi paremtas molibdeno redokso aktyvus junginys ir pasižymėjo ceolito tipo tvarkinga nanoporinga struktūra.
Taikydami metalo organinės struktūros metodą, mokslininkai sujungė metalo komplekso pirmtakus su jungikliu imidazolu, esant aktyviajai paviršiaus medžiagai, kad gautų ceolito tipo cinko-molibdeno kubelius. Jie sumaišė gautas struktūras su tioacetamidu etanolyje, virinant su grįžtamu šaldytuvu, kad susidarytų kubinė molibdeno oksido fazė, uždaryta ploname cinko sulfido apvalkale.

Tada jie chemiškai pavertė kubinę fazę į norimą molibdeno sulfido kapsuliuotą redokso aktyvųjį junginį aukštoje temperatūroje, prieš selektyviai ėsdydami išorinį cinko sulfido sluoksnį, kad gautų nanoreaktorius.

Nanoreaktoriai pasižymėjo dideliu elektrokataliziniu aktyvumu ir stabilumu tiek gėlame, tiek jūros vandenyje. "Nuostabus aktyvumas ir stabilumas yra priskiriami jų unikaliai struktūrai."

Šerdyje buvo daug aktyvių vietų, kurios padidino vandenilio gamybą, o apvalkalas turėjo keletą sluoksnių defektų, ypač subnanometro dydžio skyles, leidžiančias vandens molekulėms prasiskverbti ir pasiekti vidines aktyvias vietas.

Veikdamas kaip grandininis paštas, apvalkalas taip pat užblokavo ir neleido druskoms nusėsti ant aktyvių vietų.
Hierarchinė nanoreaktoriaus architektūra izoliuoja elektrolizę nuo šalutinių reakcijų. „Panašiai kaip protingame name, pagrindinė reakcija vyksta kambariuose, o šalutiniai – kieme.

Tikėkite ar ne, jūros vanduo yra puikus pagrindas kurui. Taip yra todėl, kad jūros vandenyje yra elementų, tokių kaip vandenilis, deguonis, natris ir kiti, kokteilis, kurie yra būtini gyvybei Žemėje klestėti. Kuro dalis čia gaunama iš vandenilio, esančio jūros vandenyje. Deja, vandenilio dujų ištraukimas iš likusių elementų buvo nemenkas iššūkis, bent jau iki šiol.

Įrenginys gamina tai, kas prilygsta jūros vandens kurui, įpurškdamas jūros vandenį į piltuvo sistemą, kuri varo jį per dvigubos membranos filtravimo sistemą. Ši sistema taip pat naudoja elektrą, kad sėkmingai ištrauktų vandenilį iš jūros vandens, efektyviai atskirdama jį nuo kitų mūsų vandenynuose esančių elementų. Šio naujo tyrimo rezultatai rodo, kad tai gali padėti paskatinti naujas pastangas gaminti mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantį kurą.

Didelis laimėjimas buvo tai, kad sistema nesukūrė daugybės kenksmingų šalutinių produktų, o tai yra kažkas, ką jie matė kitose sistemose. Dauguma dabartinių vandens ir vandenilio sistemų naudoja vieno sluoksnio membraną. Tačiau šį kartą mokslininkai sujungė du sluoksnius ir parodė geresnį būdą kontroliuoti jūros vandens jonų judėjimą eksperimento metu, todėl eksperimentas tapo efektyvesnis.

Galimybė sukurti vandenilio kurą naudojant jūros vandenį būtų naudinga, nes tai mažai anglies dioksido į aplinką išskiriantis kuras, šiuo metu naudojamas kuro elementų elektrinėms transporto priemonėms eksploatuoti ir netgi veikia kaip ilgalaikė energijos tinklų saugykla. Ankstesniems bandymams gaminti vandenilio dujas reikia šviežio arba gėlinto vandens, ir nors matėme sėkmingas vandens gėlinimo sistemas, jos yra daug brangesnės ir reikalauja daug energijos.
Taip yra todėl, kad norint išvalyti vandenį prieš jį naudojant, reikia brangių sistemų, taip pat energijos ir netgi papildomo įrenginio sudėtingumo, o įrenginiui, kuris gali naudoti jūros vandenį vandenilio kurui gaminti, tų papildomų dalių nereikėtų.

Vandenilio gamyba iš jūros vandens skamba kaip svajonės išsipildymas!
Tai gausu, nemokama ir lengva.
Jūros vanduo yra beveik neribotas žaliavų šaltinis, todėl čia nėra kam išrašyti sąskaitos faktūros. Kiekvienas gali nemokamai gauti pilną kibirą.
Pagrindiniai pramonės veikėjai turi įsimylėti idėją.
Vandenilio gavybos procesas yra paprastas. Jūros vandenyje yra daug ištirpusių vandenilio dujų. Norint jį išgauti, reikia paprastos elektrolizės – tai darėme net paauglystėje fizikos pamokose!

Štai kaip tai veikia
Tai natūralus, saugomas ir saugus
Jūros vanduo laikomas atsinaujinančiu energijos šaltiniu, kuris gali padėti sumažinti mūsų priklausomybę nuo iškastinės energijos. O gavybos procesas nesukelia anglies dvideginio.

Vandenilį galima laikyti
Sukauptas vandenilis gali būti naudojamas elektros energijai gaminti arba transporto priemonėms varyti tiksliai tada, kai to reikia.
Tai kompensuoja kitų atsinaujinančių šaltinių pertraukas – lietingas ar nevėjuotas dienas. Jis puikiai tinka regionams, kuriuose yra prieiga prie didelių jūros vandens telkinių, tačiau yra nedaug įprastinių energijos išteklių.
Tai gali padėti sumažinti visuotinį atšilimą, užtikrinti energetinį saugumą ir apsaugoti aplinką.

Lengva, tikrai
Procesas reikalauja daug energijos: vandenilio išgavimas iš jūros vandens reikalauja daug energijos, o bendras efektyvumas yra gana žemas.
Gamyba brangi: infrastruktūros kūrimas reikalauja labai didelių pradinių investicijų. Priežiūra taip pat labai svarbi, nes druskos kiekis jūros vandenyje gali sukelti koroziją ir kitas technines problemas.
Vietos yra retos: šiose vietose reikia atsižvelgti į vandens gylį ir kokybę, taip pat į energijos šaltinių artumą. Ne visi regionai tinkami vandenilio gamybai iš jūros vandens!
Ir galiausiai, tai nėra taip saugu, kaip jūs manote!

Procesas išlaisvina chloro dujas.
Šios dujos jungiasi su kitais natūraliais elementais ir sudaro dioksinus, kurie teršia vandenį, užteršia žuvis ir perduoda žmonėms bei didesniems gyvūnams, kurie minta žuvimi.

Ar norite pavyzdžių, su kuriais jis derinamas
Water =>druskos rūgštis, ūmus toksinis poveikis visoms gyvybės formoms.
Hydrogen =>vandenilio chlorido dujos, labai sprogus junginys
Acetilenas – dujos, kurias gali gaminti kai kurie jūrų organizmai, pavyzdžiui, bakterijos ir tam tikros dumblių rūšys. Jis susijungia į dichloretaną, labai sprogų junginį.

Eteris, nedideli kiekiai tam tikrose dumblių rūšyse. Jis susijungia į chloracetaldehidą, labai toksišką, kancerogeninį junginį.
Amoniakas, kurį dažniausiai gamina jūrų organizmai. Jis susijungia į chloraminus, labai toksiškus kvėpavimo takų dirgiklius.
Daug žadanti naujovė, galinti pakeisti švarios energijos sektorių
Vandenilio gamyba iš jūros vandens galėtų smarkiai pakeisti ir padėti tvariau kovoti su visuotiniu atšilimu.
Tai taip pat gali sumažinti mūsų priklausomybę nuo iškastinio kuro ir pereiti prie švaresnės, tvaresnės ir įperkamos ateities.
Dėl šių pažadų pernelyg lengva nepastebėti daugybės susijusių iššūkių ir pavojų.
Tai yra mano prašymas pagrindiniams ekonomikos ir energetikos žaidėjams: giliai įkvėpkime, atsisėskime ir trumpam pagalvokime apie tai.

Tyrėjai pranešime spaudai teigė, kad darbas su jūros vandeniu būtų ekonomiškesnis pasirinkimas, nes vandens valymas yra brangus, reikalauja daug energijos ir prietaisai tampa sudėtingesni. Be to, natūraliame gėlame vandenyje yra priemaišų, kurios kelia problemų šiuolaikinėms technologijoms, be to, jis yra ribotas išteklius planetoje.
Be jūros vandens ir vandenilio membranos sistemos sukūrimo, komanda pažymėjo, kad tyrimas suteikė geresnį bendrą supratimą apie tai, kaip jūros vandens jonai juda per membranas. Šias žinias būtų galima pritaikyti kitose srityse, pavyzdžiui, gaminant deguonies dujas.
Be to, jie teigė, kad bipolinės membranos sistemos jonų srauto ir konversijos supratimas yra būtinas norint gaminti deguonį elektrolizės būdu, o komanda parodė, kad bipolinė membrana gali generuoti deguonies dujas kartu su vandenilio gamyba jų eksperimente.
Komanda siekia patobulinti elektrodus ir membranas, naudodama lengviau prieinamas ir lengviau išgaunamas medžiagas. Dėl šio dizaino patobulinimo elektrolizės sistemos mastelis būtų toks, kad būtų galima gaminti vandenilį daug energijos reikalaujančioms veikloms, tokioms kaip transportavimas.

Produktai parduodami visuose Kinijos regionuose ir eksportuojami į viso pasaulio šalis. Jie parduodami daugiau nei 20 šalių ir regionų, įskaitant JAV, Vokietiją, Maroką, Keniją, Saudo Arabiją, Vietnamą, Alžyrą, Indiją, Tanzaniją ir Taivaną. Sėkmingai teikiamos gerai žinomos įmonės, tokios kaip „China Aerospace“, „PetroChina“, „China Nuclear Group“, BYD, „Jiuli Specialty“, „Tony Electronics“, „Zheng Energy Group“ ir kitos gerai žinomos įmonės. Yra daug žaliųjų vandenilio ir vandenilio hidrinimo stočių, tokių kaip Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming ir kt., teikia ekologiškus ir vandenilio gamybos projektus.