Исследователи используют мембраны, которые удаляют соль из воды, чтобы помочь «расщепить» морскую воду на топливо, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Energy&Environmental Science.
По мнению группы исследователей из Пенсильванского университета, сила солнца, ветра и моря вскоре может объединиться для производства экологически чистого водородного топлива. Команда интегрировала технологию очистки воды в новый экспериментальный проект электролизера морской воды, который использует электрический ток для разделения водорода и кислорода в молекулах воды.
По словам Брюса Логана - профессора экологической инженерии в Каппе и профессора Университета Эвана Пью, этот новый метод «расщепления морской воды» может облегчить превращение энергии ветра и солнца в пригодное для хранения и портативное топливо.
«Водород - отличное топливо, но его нужно добывать, - сказал Логан. - Единственный устойчивый способ сделать это - использовать возобновляемую энергию и производить его из воды. Вам также необходимо использовать воду, которую люди не хотят использовать для других целей, и это будет морская вода. Итак, Святой Грааль производства водород должен был объединить морскую воду, энергию ветра и солнца, найденную в прибрежных и морских средах».
Несмотря на обилие морской воды, она обычно не используется для разделения воды. Если вода не опреснена перед подачей в электролизер - дорогостоящий дополнительный этап - ионы хлора в морской воде превращаются в токсичный газообразный хлор, который разрушает оборудование и просачивается в окружающую среду.
Чтобы предотвратить это, исследователи вставили тонкую полупроницаемую мембрану, изначально разработанную для очистки воды в процессе обработки обратным осмосом (RO). Мембрана обратного осмоса заменила ионообменную мембрану, обычно используемую в электролизерах.
«Идея обратного осмоса заключается в том, что вы оказываете действительно высокое давление на воду, проталкиваете ее через мембрану и удерживаете ионы хлора позади», - сказал Логан.
В электролизере морская вода больше не будет проталкиваться через мембрану обратного осмоса, а будет удерживаться ею. Мембрана используется для разделения реакций, происходящих рядом с двумя погруженными электродами - положительно заряженным анодом и отрицательно заряженным катодом - подключенных к внешнему источнику питания. При включении питания молекулы воды начинают расщепляться на аноде, высвобождая крошечные ионы водорода, называемые протонами, и образуя газообразный кислород. Затем протоны проходят через мембрану и соединяются с электронами на катоде с образованием газообразного водорода.
При вставленной мембране обратного осмоса морская вода остается на катодной стороне, а ионы хлора слишком велики, чтобы пройти через мембрану и достичь анода, что предотвращает образование газообразного хлора.
Но при расщеплении воды, как заметил Логан, другие соли намеренно растворяются в воде, чтобы сделать ее проводящей. Ионообменная мембрана, которая фильтрует ионы по электрическому заряду, позволяет ионам соли проходить через нее. Мембрана обратного осмоса - нет.
«Мембраны обратного осмоса препятствуют движению соли, но единственный способ генерировать ток в цепи - это сделать так, что заряженные ионы в воде перемещаются между двумя электродами», - сказал Логан.
Поскольку движение более крупных ионов ограничивается RO мембраной, исследователям необходимо было проверить, достаточно ли крошечных протонов, движущихся через поры, чтобы поддерживать высокий электрический ток.
«По сути, мы должны были показать, что то, что выглядело как грунтовая дорога, может быть международной трассой, - сказал Логан. - Нам пришлось доказать, что мы можем пропускать большой ток через два электрода, когда между ними была мембрана, которая не позволяла ионам соли перемещаться вперед и назад».
В ходе серии экспериментов исследователи протестировали две коммерчески доступные мембраны обратного осмоса и две катионообменные мембраны - тип ионообменной мембраны, которая позволяет перемещать все положительно заряженные ионы в системе. Каждый из них был протестирован на устойчивость мембраны к движению ионов. Также вычислялось количество энергии, необходимое для завершения реакций, контролировалось образование газообразного водорода и кислорода, анализировалось взаимодействие с ионами хлора и повреждение мембраны.
Логан объяснил, что хотя одна мембрана обратного осмоса оказалась «грунтовой дорогой», другая показала хорошие результаты по сравнению с катионообменными мембранами. Исследователи все еще изучают, почему между двумя обратными мембранами была такая разница.
«Идея может сработать, - сказал он. - Мы не знаем точно, почему эти две мембраны функционируют так по-разному, но это то, что мы собираемся выяснить».
Недавно исследователи получили грант в размере 300 000 долларов от Национального научного фонда (NSF) на продолжение исследований электролиза морской воды. Логан надеется, что их исследования сыграют решающую роль в сокращении выбросов углекислого газа во всем мире.
«Мир ищет возобновляемый водород, - сказал он. - Например,
Саудовская Аравия планировала построить водородный завод
стоимостью 5 миллиардов долларов, который будет использовать
морскую воду. Прямо сейчас они должны опреснять воду. Может быть,
они могут использовать этот метод вместо этого».
[Фото: eurekalert.org]
