جیجو مالیل- 16 دسامبر 2022، یک خط لوله هیدروژن -Petmal/iStock
یک تیم تحقیقاتی در چین دستگاهی برای استفاده آب شور دریا برای تولید مستقیم هیدروژن ساخته اند. این دستگاه، یک الکترولیز آب دریا مبتنی بر غشاء است که به رفع مشکلات واکنش جانبی و خوردگی روش‌های سنتی کمک می‌کند.تیمی به رهبری Zongping Shao، استاد مهندسی شیمی در دانشگاه فناوری نانجینگ چین، مطالعه خود را در مجله Nature منتشر کرده و ادعا کرده اند که مدل آنها “بیش از 3200 ساعت در شرایط کاربردی عملی بدون شکست کار کرد”.
چرا روش های سنتی پایدار نیستند؟
بیشتر هیدروژنی که امروزه تولید می شود با استفاده از منابع سوخت فسیلی است که می تواند به میزان قابل توجهی به ردپای کربن اضافه کند. در گزارش آمده است: «الکترولیز آب شور الکتروشیمیایی با استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به عنوان ورودی، روشی بسیار مطلوب و پایدار برای تولید انبوه هیدروژن سبز است.
با این حال، یک مشکل وجود دارد. خواص آب نمک منجر به خوردگی الکترودهای مورد استفاده در سیستم های مختلف می شود که اغلب آنها را غیرقابل تحمل می کند. استفاده از پوشش های پلی آنیون برای مقاومت در برابر خوردگی توسط یون های کلرید یا الکتروکاتالیست های بسیار انتخابی به اندازه کافی برای کاربردهای عملی کمک نکرده است.
فرآیند نمک‌زدایی می‌تواند مشکل را حل کند، “اما به ورودی انرژی اضافی نیاز دارد و از نظر اقتصادی جذابیت کمتری دارد.” اندازه تجهیزات درگیر در فرآیند نمک‌زدایی نیز چنین محلول‌هایی را انعطاف‌پذیرتر می‌کند.
راه جدید پیشنهاد شده است
یک الکترولیز معمولا از دو الکترود پوشیده شده با کاتالیزور تشکیل شده است و یک غشاء اجزای تشکیل دهنده – هیدروژن و اکسیژن را از هم جدا می کند. تشکیل گاز کلر بسیار خورنده در فرآیند منجر به تجزیه سریع کاتالیزورها و الکترودها می شود. یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب دریا نیز می توانند غشاها را مسدود کنند. این عوامل باعث کاهش کارایی و طول عمر کلی این دستگاه ها می شود.
شائو به IEEE Spectrum گفت: «استراتژی ما الکترولیز مستقیم آب دریا کارآمد، انعطاف‌پذیر و مقیاس‌پذیر را به روشی مشابه تقسیم آب شیرین بدون افزایش قابل‌توجه در هزینه عملیاتی انجام می‌دهد.
این تیم از یک محلول الکترولیت غلیظ هیدروکسید پتاسیم برای غوطه ور کردن الکترودها استفاده می کند و یک غشای متخلخل به جداسازی محلول الکترولیت از آب دریا کمک می کند. غشای غنی از فلوئور آب مایع را مسدود می کند اما اجازه می دهد تا بخار آب از آن عبور کند.
در طول الکترولیز، آب موجود در محلول الکترولیت به اجزای تشکیل دهنده آن تف می‌شود. این منجر به تغییر فشار بین الکترولیت و آب دریا می شود و باعث تبخیر آب دریا می شود. در همان زمان، آب از طریق غشاء به الکترولیت می گذرد و دوباره به آب مایع تبدیل می شود و ذخیره را برای چرخه بعدی دوباره پر می کند.
نکته مهم این است که این پیکربندی و مکانیسم نوید کاربردهای بیشتر در تصفیه همزمان پساب بر پایه آب و بازیابی منابع و تولید هیدروژن در یک مرحله را می دهد.
محققان معتقدند دستگاه آنها در کنار تولید هیدروژن، قادر به بازیابی لیتیوم از آب دریا نیز خواهد بود. کاربردهای بیشتر دستگاه به فعالیت هایی مانند تمیز کردن آب شیرین صنعتی گسترش می یابد.
