Новая инновационная система может превратить морскую воду в топливо

Mar 14, 2023

Автор: Национальная ускорительная лаборатория SLAC, 30 мая 2023 г.

Изображение биполярной мембранной системы команды, которая преобразует морскую воду в газообразный водород. Фото: Нина Фудзикава/Национальная ускорительная лаборатория SLAC.

Коктейль элементов морской воды, включая водород, кислород, натрий и другие, необходим для жизни на Земле. Однако этот сложный химический состав представляет собой проблему при попытке отделения газообразного водорода для применения в устойчивой энергетике.

Недавно группа ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики, Стэнфордского университета, Университета Орегона и Манчестерского столичного университета обнаружила метод извлечения водорода из океана. Они достигают этого, пропуская морскую воду через двухмембранную систему и используя электричество.

Их инновационная конструкция оказалась успешной в производстве газообразного водорода без образования большого количества вредных побочных продуктов. Результаты их исследования, недавно опубликованные в журнале Joule, могут помочь продвинуть усилия по производству низкоуглеродного топлива.

«Сегодня во многих системах вода-водород пытаются использовать однослойную или однослойную мембрану. Наше исследование объединило два слоя», — сказал Адам Ниландер, научный сотрудник Центра исследований интерфейсов и катализа SUNCAT, SLAC-Стэнфорд. совместный институт. «Эта мембранная архитектура позволила нам контролировать движение ионов в морской воде в нашем эксперименте».

Водород — это низкоуглеродное топливо, которое в настоящее время используется многими способами, например, для работы электромобилей на топливных элементах, а также в качестве варианта долговременного хранения энергии — такого, который подходит для хранения энергии в течение недель, месяцев или дольше — для электромобилей. сетки.

Многие попытки получить газообразный водород начинаются с пресной или опресненной воды, но эти методы могут быть дорогими и энергоемкими. С очищенной водой легче работать, потому что в ней плавает меньше веществ – химических элементов или молекул. Однако очистка воды обходится дорого, требует энергии и усложняет устройства, говорят исследователи. Другой вариант, природная пресная вода, также содержит ряд примесей, которые проблематичны для современных технологий, а также является более ограниченным ресурсом на планете, говорят они.

Для работы с морской водой команда внедрила биполярную или двухслойную мембранную систему и протестировала ее с помощью электролиза — метода, который использует электричество для управления ионами или заряженными элементами для запуска желаемой реакции. Они начали свою разработку с контроля над самым вредным для системы морской воды элементом – хлоридом, – сказал Джозеф Перриман, постдокторант SLAC и Стэнфордского университета.

"There are many reactive speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">В морской воде содержатся различные виды веществ, которые могут препятствовать реакции воды с водородом, а хлорид натрия, который делает морскую воду соленой, является одним из главных виновников», — сказал Перриман. «В частности, хлорид, который попадает на анод и окисляется, сокращает срок службы системы электролиза и фактически может стать небезопасным из-за токсичной природы продуктов окисления, в том числе молекулярного хлора и отбеливателя».

Биполярная мембрана в эксперименте обеспечивает доступ к условиям, необходимым для образования газообразного водорода, и предотвращает попадание хлорида в реакционный центр.

«По сути, мы удваиваем усилия по прекращению этой реакции хлоридов», — сказал Перриман.