Podľa skupiny výskumníkov z Pennsylvánskej univerzity sa sila slnka, vetra a mora môže čoskoro spojiť a vyrobiť tak ekologické vodíkové palivo. Tím integroval technológiu čistenia vody do nového experimentálneho projektu elektrolyzér morskej vody, ktorý využíva elektrický prúd na oddelenie vodíka a kyslíka v molekulách vody.
Podľa Brucea Logana, profesora environmentálneho inžinierstva na Kappa a profesora Evan Pugh University, by táto nová metóda „rozdeľovania morskej vody“ mohla uľahčiť premenu veternej a slnečnej energie na skladovateľné a prenosné palivá.
"Vodík je skvelé palivo, ale musíte ho získať," povedal Logan. - Jediný udržateľný spôsob, ako to dosiahnuť, je využívať obnoviteľnú energiu a vyrábať ju z vody. Musíte použiť aj vodu, ktorú ľudia nechcú používať na iné účely, a to by bola morská voda. Takže Svätý grál výroby vodíka musel kombinovať morskú vodu, veternú a slnečnú energiu nachádzajúcu sa v pobrežných a morských prostrediach.“
Napriek množstvu morskej vody sa zvyčajne nepoužíva na separáciu vody. Ak sa voda pred privedením do elektrolyzéra neodsolí – nákladný dodatočný krok – chlórové ióny v morskej vode sa premenia na toxický plynný chlór, ktorý ničí zariadenie a presakuje do životného prostredia.
Aby tomu zabránili, vedci vložili tenkú, polopriepustnú membránu pôvodne určenú na čistenie vody pri úprave reverznou osmózou (RO). Membrána reverznej osmózy nahradila iónomeničovú membránu bežne používanú v elektrolyzéroch.
„Myšlienka reverznej osmózy spočíva v tom, že na vodu vyviniete skutočne vysoký tlak, pretlačíte ju cez membránu a zadržíte chlórové ióny,“ povedal Logan.
V elektrolyzéri sa už morská voda nebude pretláčať cez membránu reverznej osmózy, ale bude ňou zadržiavaná. Membrána sa používa na oddelenie reakcií prebiehajúcich v blízkosti dvoch ponorených elektród – kladne nabitej anódy a záporne nabitej katódy – pripojených k externému zdroju energie. Keď je napájanie zapnuté, molekuly vody sa začnú štiepiť na anóde, pričom sa uvoľňujú drobné vodíkové ióny nazývané protóny a vytvárajú sa plynný kyslík. Protóny potom prechádzajú cez membránu a spájajú sa s elektrónmi na katóde za vzniku plynného vodíka.
S nainštalovanou membránou s reverznou osmózou zostáva morská voda na katódovej strane a ióny chlóru sú príliš veľké na to, aby prešli cez membránu a dostali sa k anóde, čím sa zabráni tvorbe plynného chlóru.
Ale pri štiepení vody, ako zdôraznil Logan, sa vo vode zámerne rozpúšťajú iné soli, aby bola vodivá. Iónomeničová membrána, ktorá filtruje ióny elektrickým nábojom, umožňuje prechod iónov soli cez ňu. Neexistuje žiadna membrána reverznej osmózy.
Pretože pohyb väčších iónov je obmedzený RO membránou, vedci potrebovali otestovať, či drobné protóny pohybujúce sa cez póry postačujú na udržanie vysokého elektrického prúdu.
V sérii experimentov výskumníci testovali dve komerčne dostupné membrány reverznej osmózy a dve katexové membrány, čo je typ iónomeničovej membrány, ktorá umožňuje pohyb všetkých kladne nabitých iónov v systéme. Každý z nich bol testovaný na odolnosť membrány voči pohybu iónov. Vypočítalo sa aj množstvo energie potrebnej na dokončenie reakcií, sledovala sa tvorba plynného vodíka a kyslíka, analyzovala sa interakcia s iónmi chlóru a poškodenie membrány.
Vedci nedávno dostali grant 300 000 dolárov od Národnej vedeckej nadácie (NSF) na pokračovanie výskumu elektrolýzy morskej vody. Logan dúfa, že ich výskum zohrá kľúčovú úlohu pri znižovaní emisií oxidu uhličitého na celom svete.
Prečítajte si tiež:
- TSMC: v roku 2021 sa objavia testovacie kópie 3nm procesorov
- Gravitácia spôsobuje uniformitu vesmíru