Pēc Pensilvānijas universitātes pētnieku grupas domām, saules, vēja un jūras spēks drīzumā var apvienoties, lai ražotu videi draudzīgu ūdeņraža degvielu. Komanda integrēja ūdens attīrīšanas tehnoloģiju jaunā eksperimentālā projektā jūras ūdens elektrolizators, kas izmanto elektrisko strāvu, lai atdalītu ūdeņradi un skābekli ūdens molekulās.
Saskaņā ar Kappas vides inženierijas profesora un Evan Pugh universitātes profesora Brūsa Logana teikto, šī jaunā "jūras ūdens sadalīšanas" metode varētu atvieglot vēja un saules enerģijas pārvēršanu uzglabājamās un pārnēsājamās degvielā.
"Ūdeņradis ir lieliska degviela, bet jums tas ir jāiegūst," sacīja Logans. – Vienīgais ilgtspējīgais veids, kā to izdarīt, ir izmantot atjaunojamo enerģiju un ražot to no ūdens. Tāpat ir jāizmanto ūdens, ko cilvēki nevēlas izmantot citiem mērķiem, un tas būtu jūras ūdens. Tātad ūdeņraža ražošanas Svētajam Grālam bija jāapvieno jūras ūdens, vēja un saules enerģija, kas atrodama piekrastes un jūras vidē."
Neskatoties uz jūras ūdens pārpilnību, to parasti neizmanto ūdens atdalīšanai. Ja ūdens pirms ievadīšanas elektrolizatorā netiek atsāļots – dārgs papildu solis – jūras ūdenī esošie hlora joni pārvēršas toksiskā hlora gāzē, kas iznīcina iekārtas un nokļūst vidē.
Lai to novērstu, pētnieki ievietoja plānu, daļēji caurlaidīgu membrānu, kas sākotnēji bija paredzēta ūdens attīrīšanai reversās osmozes (RO) apstrādē. Reversās osmozes membrāna ir aizstājusi jonu apmaiņas membrānu, ko parasti izmanto elektrolizatoros.
"Reversās osmozes ideja ir tāda, ka jūs izdarat patiešām augstu spiedienu uz ūdeni, izspiežot to cauri membrānai un paturot hlora jonus aiz muguras," sacīja Logans.
Elektrolizatorā jūras ūdens vairs nespiedīsies cauri reversās osmozes membrānai, bet gan to aizturēs. Membrānu izmanto, lai atdalītu reakcijas, kas notiek divu iegremdētu elektrodu – pozitīvi lādēta anoda un negatīvi lādēta katoda – tuvumā, kas savienoti ar ārēju barošanas avotu. Kad strāva ir ieslēgta, ūdens molekulas sāk sadalīties pie anoda, atbrīvojot sīkus ūdeņraža jonus, ko sauc par protoniem, un veidojot skābekļa gāzi. Pēc tam protoni iziet cauri membrānai un savienojas ar elektroniem pie katoda, veidojot ūdeņraža gāzi.
Ja ir uzstādīta reversās osmozes membrāna, jūras ūdens paliek katoda pusē, un hlora joni ir pārāk lieli, lai izietu cauri membrānai un sasniegtu anodu, tādējādi novēršot hlora gāzes veidošanos.
Bet ūdens sadalīšanā, kā norādīja Logans, citi sāļi tiek apzināti izšķīdināti ūdenī, lai padarītu to vadošu. Jonu apmaiņas membrāna, kas filtrē jonus ar elektrisko lādiņu, ļauj sāls joniem iziet cauri tai. Nav reversās osmozes membrānas.
Tā kā lielāku jonu kustību ierobežo RO membrāna, pētniekiem bija jāpārbauda, vai sīkie protoni, kas pārvietojas pa porām, ir pietiekami, lai uzturētu augstu elektrisko strāvu.
Eksperimentu sērijā pētnieki pārbaudīja divas komerciāli pieejamas reversās osmozes membrānas un divas katjonu apmaiņas membrānas, kas ir jonu apmaiņas membrānas veids, kas nodrošina visu pozitīvi lādēto jonu kustību sistēmā. Katrs no tiem tika pārbaudīts attiecībā uz membrānas izturību pret jonu kustību. Tika aprēķināts arī reakcijas pabeigšanai nepieciešamais enerģijas daudzums, uzraudzīta gāzveida ūdeņraža un skābekļa veidošanās, analizēta mijiedarbība ar hlora joniem un membrānas bojājumi.
Pētnieki nesen saņēma USD 300 000 dotāciju no Nacionālā zinātnes fonda (NSF), lai turpinātu jūras ūdens elektrolīzes pētījumus. Logans cer, ka viņu pētījumiem būs izšķiroša nozīme oglekļa dioksīda emisiju samazināšanā visā pasaulē.
Lasi arī: