Hydrogenproduksjon fra sjøvann

Sjøvann, som utgjør mer enn 95 % av jordens vann, kan bli en nøkkelressurs i bærekraftig produksjon av rent hydrogenbrensel ved bruk av vannsplittende katalysatorer utviklet av et KAUST-ledet team.

Vannsplitting kan tilby en tiltalende vei til karbonnøytralitet, spesielt når det kombineres med fornybare energikilder som sol- og vindkraft. Vannsplitting innebærer nedbrytning av vann i en elektrokjemisk celle for å produsere hydrogen ved katoden mens det genereres oksygen ved anoden under påført spenning. Likevel blir hydrogen- og oksygenutviklingskatalysatorer som fungerer godt i ferskvann mindre effektive i sjøvann på grunn av rikelig med ioner som kan fremme uønskede reaksjoner og giftkatalysatorer.

Svært etsende kloridioner tilstede i sjøvann gjennomgår komplekse reaksjoner som konkurrerer med oksygenutvikling og genererer skadelige forbindelser, som hypokloritt. Fordi hydrogenproduksjon avhenger av stabile og effektive reaksjoner ved begge elektrodene, er disse ionene en stor utfordring for spaltning av sjøvann.

Chemist forklarer at hypoklorittdannelse kan oppstå fordi det krever en lavere driftsspenning for å møte industrielle behov enn oksygenutviklingsreaksjonen.

En måte å takle dette problemet på er å designe selektive anodekatalysatorer med lavere spenningskrav. En nikkel-iridium monolags anodekatalysator viste forbedret ytelse og stabilitet i sjøvann takket være synergistiske effekter mellom metallkomponentene.

Teamet utviklet en tilnærming som gir høyeffektive og stabile elektrokatalysatorer for hydrogenutvikling for spaltning av sjøvann. Forskerne skapte små kubiske reaktorer, der katalysatoren var innkapslet i et beskyttende skall av molybdensulfid. Katalysatorkjernen besto av en karbonstøttet molybdenbasert redoksaktiv forbindelse og hadde en zeolittlignende ordnet nanoporøs struktur.
Ved å bruke en metallorganisk rammeverkbasert tilnærming kombinerte forskerne metallkompleksforløpere med linker-imidazolen i nærvær av overflateaktivt middel for å generere zeolittlignende sink-molybdenterninger. De blandet de resulterende strukturene med tioacetamid i etanol under tilbakeløp for å danne en kubisk molybdenoksidfase innesperret i et tynt sinksulfidskall.

Deretter konverterte de den kubiske fasen kjemisk til den ønskede molybdensulfid-innkapslede redoksaktive forbindelsen ved høy temperatur før de selektivt etset det ytre laget av sinksulfid for å gi nanoreaktorene.

Nanoreaktorene viste høy elektrokatalytisk aktivitet og stabilitet i både ferskvann og sjøvann. "Den bemerkelsesverdige aktiviteten og stabiliteten tilskrives deres unike struktur."

Kjernen viste en rekke aktive steder som økte hydrogenproduksjonen, og skallet presenterte flere defekter i lagene, spesielt subnanometer-store hull som tillot vannmolekyler å trenge inn og få tilgang til de interne aktive stedene.

Skjellet fungerte som en ringbrynje og blokkerte også og forhindret salter i å avsettes på de aktive stedene.
Den hierarkiske arkitekturen til nanoreaktoren isolerer elektrolysen fra sidereaksjoner. "I likhet med et smart hus, skjer hovedreaksjonen i rommene mens sidereaksjoner skjer i bakgården."

Tro det eller ei, sjøvann er en utmerket base for drivstoff. Det er fordi sjøvann inneholder en cocktail av elementer som hydrogen, oksygen, natrium og andre, som alle er avgjørende for at livet på jorden skal trives. Drivstoffdelen her kommer fra hydrogenet som finnes i sjøvann. Dessverre har det vært en stor utfordring å trekke hydrogengassen fra resten av elementene, i hvert fall til nå.

Enheten lager det som tilsvarer sjøvannsdrivstoff ved å injisere sjøvann i et traktsystem som driver det gjennom et dobbeltmembranfiltreringssystem. Dette systemet bruker også elektrisitet for å lykkes med å trekke hydrogenet fra sjøvannet, og effektivt skille det fra de andre elementene som finnes i havene våre. Resultatene av denne nye studien viser at den kan bidra til å fremme ny innsats for å produsere lavkarbondrivstoff.

Den store gevinsten her var at systemet ikke skapte en haug med skadelige biprodukter, noe de har sett i andre systemer. De fleste av dagens vann-til-hydrogen-systemer bruker en enkeltlags membran. Men denne gangen brakte forskerne to lag sammen, og det viste en bedre måte å kontrollere måten ioner i sjøvann beveget seg innenfor eksperimentet, noe som gjorde det mer effektivt.

Å kunne lage hydrogendrivstoff ved hjelp av sjøvann ville vise seg nyttig fordi det er et lavkarbondrivstoff, som for tiden brukes til å kjøre brenselcelle-elektriske kjøretøy, og til og med fungerer som et langtidslagringsalternativ for energinett. Tidligere forsøk på å lage hydrogengass krever ferskt eller avsaltet vann, og selv om vi har sett vellykkede vannavsaltningssystemer, er det mye dyrere og mer energikrevende.
Det er fordi å rense vannet før du bruker det krever dyre systemer, så vel som energi og til og med ekstra kompleksitet til enheten, mens en enhet som kan bruke sjøvann til å lage hydrogendrivstoff ikke vil kreve de ekstra delene.

Å produsere hydrogen fra sjøvann høres ut som en drøm som går i oppfyllelse!
Det er rikelig, gratis og enkelt.
Sjøvann kommer som en nesten ubegrenset kilde til råvarer, og det er ingen her som kan fakturere det. Hvem som helst kan få en bøtte full av det gratis.
Nøkkelaktører i bransjen er nødt til å bli forelsket i ideen.
Prosessen med å utvinne hydrogen er enkel. Sjøvann inneholder en stor mengde oppløst hydrogengass. Det krever en enkel elektrolyse for å trekke det ut – vi gjorde det til og med som tenåringer i fysikktimen!

Her er hvordan det fungerer
Det er naturlig, lagringsbart og trygt
Sjøvann regnes som en fornybar energikilde som kan bidra til å redusere vår avhengighet av fossil energi. Og utvinningsprosessen genererer ikke karbonutslipp.

Hydrogen kan lagres
Lagret hydrogen kan brukes til å generere elektrisitet eller drive kjøretøy nøyaktig når det trengs.
Det veier opp for intervallene for andre fornybare energikilder – regnfulle eller vindstille dager. Den er perfekt for regioner med tilgang til store havvann, men med få konvensjonelle energiressurser.
Det kan bidra til å redusere global oppvarming, sikre energisikkerhet og beskytte miljøet.

Easy-peasy, egentlig
Prosessen er energikrevende: Å utvinne hydrogen fra sjøvann krever mye energi, og den totale effektiviteten er ganske lav.
Produksjonen er dyr: Å bygge infrastrukturen krever en svært høy startinvestering. Vedlikehold er også avgjørende, da saltinnholdet i sjøvann kan forårsake korrosjon og andre tekniske problemer.
Plasseringene er sjeldne: Disse stedene må ta hensyn til vanndybde og kvalitet, samt nærhet til energikilder. Ikke alle regioner er egnet for hydrogenproduksjon fra sjøvann!
Og til slutt, det er ikke så trygt som du skulle tro!

Prosessen frigjør klorgass.
Denne gassen kombineres med andre naturlige elementer og danner dioksiner som forurenser vann, forurenser fisk og overføres til mennesker og større dyr som spiser fisken.

Vil du ha noen eksempler Det kombineres med
Water =>saltsyre, akutt toksisk effekt på alle former for liv.
Hydrogen =>hydrogenkloridgass, høyeksplosiv forbindelse
Acetylen, en gass som kan produseres av enkelte marine organismer som bakterier og visse algearter. Det kombineres til dikloretan, en svært eksplosiv forbindelse.

Eter, spormengder i visse arter av alger. Det kombineres til kloroacetaldehyd, en svært giftig, kreftfremkallende forbindelse.
Ammoniakk, vanligvis produsert av marine organismer. Det kombineres til kloraminer, et svært giftig irriterende middel i luftveiene.
En lovende innovasjon med potensial til å revolusjonere sektoren for ren energi
Hydrogenproduksjon fra sjøvann kan utgjøre en drastisk forskjell og bidra til å håndtere global oppvarming på en mer bærekraftig måte.
Den har også potensial til å redusere vår avhengighet av fossilt brensel og bevege seg mot en renere og mer bærekraftig og rimelig fremtid.
Disse løftene gjør det altfor lett å overse de mange utfordringene og risikoene som er involvert.
Dette er min bønn til nøkkelaktørene innen økonomi og energi: Vennligst la oss trekke pusten dypt, lene oss tilbake og tenke på det et øyeblikk.

Forskerne sa i pressemeldingen at arbeid med sjøvann ville være et mer økonomisk alternativ, ettersom rensing av vann er dyrt, energikrevende og tilfører kompleksitet til enheter. Videre inneholder naturlig ferskvann urenheter som er problematiske for moderne teknologi, i tillegg til å være en begrenset ressurs på kloden.
I tillegg til å utvikle et sjøvann-til-hydrogen-membransystem, bemerket teamet at studien hadde gitt en bedre helhetlig forståelse av hvordan sjøvannsioner beveger seg gjennom membraner. Denne kunnskapen kan brukes på andre felt, for eksempel produksjon av oksygengass.
Videre sa de at forståelsen av ionestrøm og konvertering i det bipolare membransystemet er avgjørende for innsatsen for å produsere oksygen gjennom elektrolyse, og teamet viste at den bipolare membranen kunne generere oksygengass sammen med å produsere hydrogen i eksperimentet deres.
Teamet har som mål å forbedre elektrodene og membranene ved å bruke mer lett tilgjengelige og lett ekstraherte materialer. Denne forbedringen i design kan gjøre det mye enklere å skalere elektrolysesystemet til en størrelse som er nødvendig for å generere hydrogen for energikrevende aktiviteter som transport.

Produktene selges i alle regioner i Kina og eksporteres til land over hele verden. De har blitt solgt i mer enn 20 land og regioner, inkludert USA, Tyskland, Marokko, Kenya, Saudi-Arabia, Vietnam, Algerie, India, Tanzania og Taiwan. Vellykket levert velkjente virksomheter som China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group og andre kjente virksomheter. Det er mange grønne hydrogenhydrogeneringsstasjoner som Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. gir grønne og hydrogenproduserende prosjekter.