Prema grupi istraživača sa Univerziteta u Pensilvaniji, snaga sunca, vjetra i mora uskoro bi se mogla spojiti kako bi se proizvela ekološki prihvatljivo vodonično gorivo. Tim je integrirao tehnologiju prečišćavanja vode u novi eksperimentalni projekat elektrolizer morske vode, koji koristi električnu struju za razdvajanje vodika i kisika u molekulima vode.
Prema Bruceu Loganu, profesoru ekološkog inženjerstva na Kappi i profesoru Univerziteta Evan Pugh, ova nova metoda "cijepanja morske vode" mogla bi olakšati pretvaranje energije vjetra i sunca u goriva koja se mogu skladištiti i prenositi.
"Vodonik je odlično gorivo, ali morate ga nabaviti", rekao je Logan. - Jedini održivi način za to je korištenje obnovljive energije i proizvodnja je iz vode. Također morate koristiti vodu koju ljudi ne žele koristiti u druge svrhe, a to bi bila morska voda. Tako je Sveti gral proizvodnje vodonika morao da kombinuje morsku vodu, vetar i sunčevu energiju koja se nalazi u obalnom i morskom okruženju."
Unatoč obilju morske vode, obično se ne koristi za odvajanje vode. Ako se voda ne desalinizira prije nego što se unese u elektrolizer – skupi dodatni korak – ioni klora u morskoj vodi pretvaraju se u otrovni plin klora, koji uništava opremu i ulazi u okoliš.
Da bi to spriječili, istraživači su umetnuli tanku, polupropusnu membranu prvobitno dizajniranu za pročišćavanje vode u tretmanu reverznom osmozom (RO). Membrana reverzne osmoze zamijenila je membranu za ionsku izmjenu koja se obično koristi u elektrolizerima.
"Ideja koja stoji iza reverzne osmoze je da stavljate zaista visok pritisak na vodu, gurajući je kroz membranu i zadržavajući jone hlora", rekao je Logan.
U elektrolizeru, morska voda više neće gurati kroz membranu reverzne osmoze, već će je ona zadržati. Membrana se koristi za razdvajanje reakcija koje se odvijaju u blizini dvije potopljene elektrode – pozitivno nabijene anode i negativno nabijene katode – spojene na vanjski izvor napajanja. Kada se napajanje uključi, molekule vode počinju da se cijepaju na anodi, oslobađajući sićušne ione vodika zvane protoni i formirajući plin kisika. Protoni zatim prolaze kroz membranu i spajaju se s elektronima na katodi kako bi formirali plinoviti vodonik.
S ugrađenom membranom za reverznu osmozu, morska voda ostaje na strani katode, a joni klora su preveliki da prođu kroz membranu i dođu do anode, sprečavajući stvaranje plinovitog klora.
Ali kod cijepanja vode, kao što je Logan istakao, druge soli se namjerno otapaju u vodi kako bi je učinile provodljivom. Membrana za izmjenu jona, koja filtrira ione električnim nabojem, omogućava ionima soli da prođu kroz nju. Ne postoji membrana reverzne osmoze.
Budući da je kretanje većih jona ograničeno RO membranom, istraživači su trebali provjeriti jesu li sićušni protoni koji se kreću kroz pore dovoljni za održavanje visoke električne struje.
U nizu eksperimenata, istraživači su testirali dvije komercijalno dostupne membrane za reverznu osmozu i dvije membrane za izmjenu katjona, tip membrane za izmjenu jona koja omogućava kretanje svih pozitivno nabijenih jona u sistemu. Svaki od njih je testiran na otpornost membrane na kretanje jona. Izračunata je i količina energije potrebna za završetak reakcija, praćeno je stvaranje plinovitog vodonika i kisika, analizirana interakcija s ionima hlora i oštećenje membrane.
Istraživači su nedavno dobili grant od 300 dolara od Nacionalne naučne fondacije (NSF) za nastavak istraživanja elektrolize morske vode. Logan se nada da će njihovo istraživanje igrati ključnu ulogu u smanjenju emisije ugljičnog dioksida širom svijeta.
Pročitajte također:
- TSMC: 2021. godine će se pojaviti testne kopije 3nm procesora
- Gravitacija uzrokuje uniformnost svemira