Ученые Нашли Лучший Способ Генерировать Водород Из Неочищенной Морской Воды

Ученые нашли гениальный способ получения водорода прямо из соленой морской воды. Это могло бы стать еще одним шагом на пути к экологически чистому энергетическому будущему, если возобновляемые источники энергии будут способствовать этому процессу.

Новое устройство вносит несколько химических изменений в существующие технологии, позволяя извлекать водород из необработанной, неочищенной морской воды, что может снять опасения по поводу использования ценных запасов воды.

«Мы разделили природную морскую воду на кислород и водород… для получения экологически чистого водорода путем электролиза используется недрагоценный и дешевый катализатор в коммерческом электролизере», – объясняет инженер-химик Шижан Цяо из Университета Аделаиды в Австралии.

Традиционно водородное топливо изготавливалось с использованием природного газа, но его также можно получить с помощью электролиза.

Электролиз – это реакция расщепления воды, которая использует электричество для высвобождения атомов водорода из молекул воды в форме локтя, и электролизер – это устройство, в котором это происходит.

Прямо сейчас этот процесс может быть достигнут с использованием электроэнергии из ископаемого топлива или из возобновляемых источников энергии, но обе системы требуют пресной воды. Поиск способа достижения электролиза с использованием морской воды может сделать будущее производство экологически чистого водородного топлива гораздо более устойчивым.

Исследователи пытались разработать альтернативу коммерческим электролизаторам, которые работают только с очищенной пресной водой, опасаясь нехватки воды.

Доступная пресная вода составляет всего 1 процент от общего объема воды на Земле, но существует практически безграничный запас морской воды, который можно было бы использовать.

Хотя опасения по поводу нехватки воды обоснованны, последние оценки показывают, что количество воды, необходимое для поддержания будущего использования водорода, намного, намного меньше, чем триллионы литров воды, используемые сегодня для извлечения и сжигания ископаемого топлива.

Однако ученые все еще помнят о воздействии на окружающую среду. В течение десятилетий они пытались разработать устройства для получения водорода из морской воды, но постоянно сталкивались с несколькими препятствиями.

Попадая в электролизер, нежелательные ионы хлора в морской воде разрушают материалы катализатора, предназначенные для запуска реакции расщепления воды с выделением водорода. Также образуются массивные нерастворимые осадки, блокирующие места реакции и препятствующие крупномасштабному производству.

Новая система, разработанная Цяо и его коллегами, позволяет избежать этих проблем.

Как описано в их новой статье, исследователи нанесли твердое вещество кислоты Льюиса поверх ряда обычных катализаторов из оксида кобальта для расщепления молекул воды. В ходе серии испытаний модифицированные катализаторы противостояли воздействию хлора и предотвращали образование любых осадков.

«Это общая стратегия, которая может быть применена к различным катализаторам без необходимости в специально разработанных катализаторах и конструкции электролизера», – пишут исследователи в своей опубликованной статье.

Хотя это звучит многообещающе, многолетние усилия по разработке электролизаторов для морской воды должны служить напоминанием о предстоящих трудностях в коммерциализации этой или любой другой технологии.

«Прямой электролиз морской воды без процесса очистки и химических добавок очень привлекателен и исследуется уже около 40 лет, но ключевые проблемы этой технологии остаются как в разработке катализаторов, так и в проектировании устройств», – отмечают исследователи.

Недавний прогресс обнадеживает, поскольку это новое устройство является одной из многих многообещающих попыток получения водорода из морской воды.

Например, ученые из Китая и Австралии недавно разработали прототип устройства, предназначенного для того, чтобы плавать на поверхности океана и расщеплять водород из морской воды с помощью солнечной энергии. Другой прототип, находящийся в разработке, использует совершенно другой подход, собирая воду из влажного воздуха перед извлечением водорода.

Конечно, прототипы далеки от методов промышленного масштаба, поэтому хорошо иметь в разработке здоровое сочетание потенциальных систем, чтобы увидеть, какие из них работают.

Цяо и его коллеги работают над расширением своей системы за счет использования электролизера большего размера. Но многие факторы могут создать или сломать потенциальную технологию.

Коммерциализация любого процесса сводится к стоимости материалов, энергозатрат и эффективности в масштабе, где небольшие выгоды могут существенно повлиять на количество производимого водорода.

Кобальт, материал, используемый в металлооксидных катализаторах, также не лишен своих проблем. Как и любой драгоценный металл, используемый в батареях или солнечных панелях, его необходимо добывать устойчивым способом и по возможности перерабатывать.

Проверив долговечность своей установки, Цяо и его коллеги считают, что их модифицированные катализаторы могут преодолеть эту дистанцию. Их система может обеспечивать производительность, аналогичную производительности коммерческого электролизера при тех же низких температурах и условиях эксплуатации.

Но с учетом того, что другие исследователи делают успехи в неуклонном повышении эффективности обычных электролизаторов, это действительно игра для всех.

Источник новости Nature Energy