A Pennsylvaniai Egyetem kutatóinak egy csoportja szerint a nap, a szél és a tenger ereje hamarosan egyesülhet, hogy környezetbarát hidrogén üzemanyagot állítsanak elő. A csapat egy új kísérleti projektbe integrálta a víztisztító technológiát tengervíz elektrolizáló, amely elektromos áram segítségével választja el a hidrogént és az oxigént a vízmolekulákban.
Bruce Logan, a Kappa környezetmérnök professzora és az Evan Pugh Egyetem professzora szerint ez az új "tengervíz-hasítási módszer" megkönnyítheti a szél- és napenergia tárolható és hordozható üzemanyagokká való átalakítását.
"A hidrogén nagyszerű üzemanyag, de meg kell szerezni" - mondta Logan. - Ennek egyetlen fenntartható módja a megújuló energia felhasználása és vízből történő előállítása. Olyan vizet is kell használni, amit az emberek nem akarnak más célra használni, ez pedig tengervíz lenne. Tehát a hidrogéntermelés Szent Gráljának egyesítenie kellett a tengervizet, a szél- és a napenergiát a tengerparti és tengeri környezetben."
A tengervíz bősége ellenére általában nem használják vízleválasztásra. Ha a vizet nem sótalanítják az elektrolizátorba való betáplálás előtt – ez költséges kiegészítő lépés – a tengervízben lévő klórionok mérgező klórgázzá alakulnak, amely tönkreteszi a berendezést és beszivárog a környezetbe.
Ennek megelőzése érdekében a kutatók egy vékony, féligáteresztő membránt helyeztek be, amelyet eredetileg víztisztításra terveztek fordított ozmózisos (RO) kezelésben. A fordított ozmózisos membrán váltotta fel az elektrolizátorokban általánosan használt ioncserélő membránt.
"A fordított ozmózis mögött az az ötlet, hogy nagyon nagy nyomást gyakorol a vízre, átnyomja a membránon, és visszatartja a klórionokat" - mondta Logan.
Az elektrolizátorban a tengervíz már nem nyomja át a fordított ozmózisos membránt, hanem az visszatartja. A membrán a külső áramforráshoz csatlakoztatott két süllyesztett elektród – egy pozitív töltésű anód és egy negatív töltésű katód – közelében lezajló reakciók elkülönítésére szolgál. Amikor a tápfeszültséget bekapcsolják, a vízmolekulák elkezdenek hasadni az anódon, és apró hidrogénionokat, úgynevezett protonokat szabadítanak fel, és oxigéngázt képeznek. A protonok ezután áthaladnak a membránon, és a katódon elektronokkal egyesülve hidrogéngázt képeznek.
Fordított ozmózisos membránnal a tengervíz a katód oldalon marad, a klórionok pedig túl nagyok ahhoz, hogy áthaladjanak a membránon és elérjék az anódot, megakadályozva ezzel a klórgáz képződését.
De a vízhasadás során, ahogy Logan rámutatott, más sókat szándékosan oldanak fel a vízben, hogy vezetőképessé tegyék. Az ioncserélő membrán, amely az ionokat elektromos töltéssel szűri, lehetővé teszi a sóionok áthaladását rajta. Nincs fordított ozmózisos membrán.
Mivel a nagyobb ionok mozgását az RO membrán korlátozza, a kutatóknak meg kellett vizsgálniuk, hogy a pórusokon áthaladó apró protonok elegendőek-e a magas elektromos áram fenntartásához.
Kísérletsorozat során a kutatók két kereskedelmi forgalomban kapható fordított ozmózisos membránt és két kationcserélő membránt teszteltek, az ioncserélő membránok egy olyan típusát, amely lehetővé teszi az összes pozitív töltésű ion mozgását a rendszerben. Mindegyiket tesztelték a membrán ionok mozgásával szembeni ellenállására. Kiszámították a reakciók lezajlásához szükséges energiamennyiséget is, követték a gáznemű hidrogén és oxigén képződését, elemezték a klórionokkal való kölcsönhatást és a membrán károsodását.
A kutatók a közelmúltban 300 000 dolláros támogatást kaptak a Nemzeti Tudományos Alapítványtól (NSF), hogy folytassák a tengervíz elektrolízisével kapcsolatos kutatásokat. Logan reméli, hogy kutatásaik döntő szerepet játszanak majd a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésében világszerte.
Olvassa el még:
- TSMC: 2021-ben megjelennek a 3 nm-es processzorok tesztpéldányai
- A gravitáció okozza az univerzum egységességét