Са смањењем цене обновљиве енергије расте интересовање за изналажење начина да се она економично уштеди. Батерије могу да поднесу краткорочне скокове у производњи, али можда неће моћи да поднесу дугорочне несташице или сезонске промене у производњи електричне енергије. Водоник је једна од неколико опција које се разматрају и која има потенцијал да послужи као дугорочни мост између периода високе продуктивности обновљиве енергије.
Али водоник има своје проблеме. Добивање га цепањем воде је прилично неефикасно са енергетске тачке гледишта, а складиштење на дуже периоде може бити тешко. Већина катализатора за производњу водоника такође најбоље функционише са чистом водом – не нужно оном која је лако доступна, јер климатске промене повећавају интензитет суша.
Група истраживача у Кини развила је уређај који може произвести водоник из морске воде – у ствари, мора бити у морској води да би уређај радио. Кључни концепт иза његовог рада биће познат свима који разумеју како функционише већина водоотпорне одеће.
Водоотпорна, прозрачна одећа се ослања на мембрану са пажљиво структурираним порама. Мембрана је направљена од материјала који одбија воду. Има поре, али су премале да би пропуштале течну воду. Али они су довољно велики да појединачни молекули воде могу да прођу кроз њих. Као резултат тога, свака вода на спољној страни одеће остаје тамо, али сваки зној који испари изнутра ће и даље тећи кроз тканину и проћи у спољашњи свет. Као резултат, тканина дише.
Таква мембрана је централна за функционисање новог уређаја. Не пропушта течну воду кроз мембрану, али пропушта водену пару. Велика разлика је у томе што се течна вода налази са обе стране мембране.
Споља - морска вода са стандардним сетом соли. Унутра је концентровани раствор једне соли - у овом случају калијум хидроксида (КОХ) - који је компатибилан са процесом електролизе који производи водоник. Уроњен у раствор КОХ је скуп електрода које производе водоник и кисеоник са обе стране сепаратора, одржавајући токове гаса чистима.
Шта се дешава након што опрема почне да ради? Како се вода унутар уређаја раздваја да би произвела водоник и кисеоник, смањени ниво воде повећава концентрацију каустичног раствора соли (који је у почетку био много концентрисанији од морске воде). Ово чини енергетски ефикасним кретање воде кроз мембрану морске воде како би се разблажио КОХ. И, захваљујући порама, то је могуће, али само ако се вода креће у облику паре.
Као резултат тога, док је унутар мембране, вода кратко време остаје у стању паре, а затим се брзо претвара у течност чим уђе у уређај. Сва сложена мешавина соли садржана у морској води остаје изван мембране, а до електрода које је цепају обезбеђује се стални доток свеже воде. Важно је да се све ово дешава без коришћења енергије која се иначе користи за десалинизацију, што чини укупан процес енергетски ефикаснијим од третмана воде за употребу у стандардном електролизеру.
У принципу, све ово звучи одлично, али да ли заиста функционише? Да би сазнао, тим је саставио уређај и тестирао га у морској води залива Шенжен (залив северно од Хонг Конга и Макаа). И по скоро свим разумним мерилима, добро се показао.
Задржао је перформансе чак и након 3200 сати употребе, а електронска микроскопија мембране након употребе показала је да су поре у овој фази остале незачепљене. КОХ коришћен за систем није био потпуно чист, тако да је садржао ниске нивое јона пронађених у морској води. Али ови нивои се временом нису повећавали, потврђујући да систем није дозволио морској води да уђе у комору за електролизу. У погледу потрошње енергије, систем је користио отприлике исто као и стандардни електролизер, што потврђује да третман воде није захтевао никакав утрошак енергије.
Раствор КОХ је такође био самоуравнотежујући, при чему се дифузија воде у уређај успорава ако његов унутрашњи раствор постане превише разблажен. Ако постане превише концентрисан, ефикасност електролизе опада, па се уклањање воде успорава.
Аутори процењују да њихов уређај може да ради под притиском морске воде на дубинама до 75 м. Међутим, температура на овим дубинама може бити ограничавајућа, јер је брзина дифузије воде кроз мембрану шест пута већа на 30°Ц него на 0 °Ц.
Чак и уз све ове добре вести, постоје могућности за побољшање перформанси. Различите соли осим КОХ су у реду, а неке могу радити боље. Истраживачи су такође открили да је уградња КОХ у хидрогел око електрода повећала производњу водоника. Коначно, могуће је да би промена материјала или структуре електрода које се користе за цепање воде додатно убрзала процес.
Коначно, тим је сугерисао да би то могло бити корисно за више од производње водоника. Уместо у морску воду, они су један од уређаја потопили у разблажени раствор литијума и установили да је после 200 сати рада концентрација литијума порасла више од 40 пута услед уласка воде у уређај. Постоји много других контекста, као што је третман контаминиране воде, где ова способност концентрације може бити корисна.
Ово не решава све проблеме везане за коришћење водоника као складишта енергије. Али свакако има потенцијал да нам омогући да прецртамо „потребу за чистом водом“ са листе ових питања.
Можете помоћи Украјини да се бори против руских освајача, најбољи начин да то урадите је да донирате средства Оружаним снагама Украјине путем Савелифе или преко званичне странице НБУ.
Такође занимљиво: