Čínští vědci vyvinuli nový způsob, jak rozdělit mořskou vodu na vodík bez použití samostatného procesu odsolování. Do elektrolyzéru začlenili samoprodyšnou vodotěsnou membránu a samo-tlumící elektrolyt (SDE). Takže voda migruje z mořské vody přes membránu do SDE bez další spotřeby energie.
Výzkumníci z univerzity Shenzhen a Nanjing Tech University v Číně vyvinuli systém elektrolýzy mořské vody (SES) pro přímou elektrolýzu mořské vody bez vedlejších reakcí nebo koroze.
Nová metoda funguje prostřednictvím vlastní migrace vody, aby se vyhnula potřebě samostatného procesu odsolování. Spotřeba energie je údajně srovnatelná se spotřebou průmyslové alkalické elektrolýzy s čistou vodou.
Při vývoji elektrolyzéru v laboratorním měřítku vědci oddělili dvě elektrodové vrstvy membránovou vrstvou a poté je ponořili do koncentrovaného roztoku hydroxidu (OH−) – SDE. Mezi mořskou vodu a SDE umístili membránu z polytetrafluorethylenu (PTFE). Tvrdí, že tato konstrukce umožňuje zkreslenou difuzi vodní páry. Ta ale plně zabraňuje pronikání kapalné mořské vody a iontů nečistot, jako je hořčík, chlorid a síran.
„Během provozu poskytuje rozdíl tlaku vodní páry mezi mořskou vodou a SDE přes membránu hnací sílu pro spontánní zplyňování mořské vody (vypařování) na straně mořské vody a difúzi vodní páry krátkou cestou plynu uvnitř membrány do membrány, kde se znovu zkapalňuje absorpcí SDE,“ vysvětlil vědec.
Spotřeba vody v SDE během elektrolýzy udržuje tlakový rozdíl přes membránu. A zajišťuje nepřetržitý vstup sladké vody bez další spotřeby energie.
,,Když se rychlost migrace vody rovná rychlosti elektrolýzy, ustaví se nová termodynamická rovnováha mezi mořskou vodou a SDE a je realizována nepřetržitá a stabilní migrace vody mechanismem ‚kapalina-plyn-kapalina‘, aby byla zajištěna sladká voda pro elektrolýzu“ řekli výzkumníci.
Odsolování mořské vody
Laboratorní elektrolyzér stabilně vyráběl vodík z mořské vody po dobu více než 72 hodin s průměrným napětím přibližně 1,95 V a 2,3 V při proudových hustotách 250 mA cm – 2 a 400 mA cm – 2. Po 72 hodinách byly koncentrace chloridových, síranových a hořčíkových nečistot pouze 0,008 %, 0,052 % a 0,089 % původní hodnoty.
„Výpočty ukazují, že náklady na elektřinu při výrobě vodíku jsou přibližně 4,6 kWh Nm – 3H2 a 5,3 kWh Nm – 3H2 při proudových hustotách 250 mA cm – 2 , respektive 400 mA cm – 2 . Což je srovnatelné na průmyslovou alkalickou elektrolýzu čistou vodou,“ tvrdili vědci.
Aby tento koncept dokázali, vyrobili zvětšený SES o rozměrech 82 cm x 62 cm x 70,5 cm. Údajně vykazoval stabilní výkon po dobu více než 3 200 hodin a spotřebu energie přibližně 5,0 kWh Nm – 3H2. A to bez detekovatelného nárůstu iontů nečistot.
Vědci uvedli, že jejich metodu lze dále rozvíjet použitím jiných elektrolytů schopných absorbovat vodní páru a vést ionty nebo vysoce výkonných elektrokatalyzátorů schopných pracovat v prostředí SDE. Dodali, že strategii lze aplikovat na jiné netěkavé kapaliny. Jako jsou např. vysoce koncentrované roztoky kyselin, zásad a solí pro použití při čištění průmyslových odpadních vod.
Kromě toho by mohl být použit k výrobě vodíku a zároveň k získávání užitečných zdrojů, jako je lithium z vody. Je také zapotřebí dalšího výzkumu, aby kompatibilita elektrolyzéru s obnovitelnými zdroji energie odpovídala konvenčním elektrolyzérům.
Vědci se podělili o svá zjištění v „Membránovém elektrolyzéru mořské vody pro generování vodíku“. Ten se nedávno publikoval v Nature.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
