Samazinoties atjaunojamās enerģijas cenai, pieaug interese meklēt veidus, kā to ekonomiski ietaupīt. Akumulatori var izturēt īslaicīgu ražošanas pieaugumu, taču, iespējams, nevar tikt galā ar ilgtermiņa deficītu vai sezonālām izmaiņām elektroenerģijas ražošanā. Ūdeņradis ir viena no vairākām izskatāmajām iespējām, kas var kalpot kā ilgtermiņa tilts starp augsta atjaunojamās enerģijas produktivitātes periodiem.
Bet ūdeņradim ir savas problēmas. Tā iegūšana, sadalot ūdeni, ir diezgan neefektīva no enerģētikas viedokļa, un tā ilgstoša uzglabāšana var būt sarežģīta. Lielākā daļa ūdeņradi ražojošo katalizatoru vislabāk darbojas arī ar tīru ūdeni – ne vienmēr tādu, kas ir viegli pieejams, jo klimata pārmaiņas palielina sausuma intensitāti.
Pētnieku grupa Ķīnā ir izstrādājusi ierīci, kas var ražot ūdeņradi no jūras ūdens – patiesībā tam ir jāatrodas jūras ūdenī, lai ierīce darbotos. Viņa darba pamatjēdziens būs pazīstams ikvienam, kurš saprot, kā darbojas lielākā daļa ūdensizturīgo apģērbu.
Ūdensnecaurlaidīgs, elpojošs apģērbs balstās uz membrānu ar rūpīgi strukturētām porām. Membrāna ir izgatavota no materiāla, kas atgrūž ūdeni. Tam ir poras, taču tās ir pārāk mazas, lai izlaistu cauri šķidru ūdeni. Bet tie ir pietiekami lieli, lai caur tām varētu iziet atsevišķas ūdens molekulas. Rezultātā jebkurš ūdens, kas atrodas apģērba gabala ārpusē, tur paliek, bet iekšpuses sviedri, kas iztvaiko, joprojām plūdīs cauri audumam un nonāks ārpasaulē. Tā rezultātā audums elpo.
Šādai membrānai ir galvenā nozīme jaunās ierīces darbībā. Tas nelaiž cauri membrānai šķidru ūdeni, bet izlaiž ūdens tvaikus. Lielā atšķirība ir tā, ka šķidrais ūdens atrodas abās membrānas pusēs.
Ārā - jūras ūdens ar standarta sāļu komplektu. Iekšpusē ir koncentrēts viena sāls – šajā gadījumā kālija hidroksīda (KOH) – šķīdums, kas ir savietojams ar elektrolīzes procesu, kas ražo ūdeņradi. KOH šķīdumā ir iegremdēts elektrodu komplekts, kas ražo ūdeņradi un skābekli abās separatora pusēs, saglabājot gāzes plūsmas tīras.
Kas notiek pēc tam, kad iekārta sāk darboties? Tā kā ūdens ierīces iekšpusē sadalās, veidojot ūdeņradi un skābekli, pazeminātais ūdens līmenis palielina kaustiskā sāls šķīduma koncentrāciju (kas sākotnēji bija daudz koncentrētāks nekā jūras ūdens). Tas padara energoefektīvu ūdens pārvietošanu caur jūras ūdens membrānu, lai atšķaidītu KOH. Un, pateicoties porām, tas ir iespējams, bet tikai tad, ja ūdens kustas tvaika veidā.
Tā rezultātā, atrodoties membrānas iekšpusē, ūdens īsu laiku paliek tvaiku stāvoklī un pēc tam ātri pārvēršas šķidrumā, tiklīdz tas nonāk ierīcē. Viss sarežģītais jūras ūdenī esošais sāļu maisījums paliek ārpus membrānas, un elektrodiem, kas to sadala, tiek nodrošināta pastāvīga saldūdens plūsma. Svarīgi, ka tas viss notiek, neizmantojot enerģiju, ko parasti izmanto atsāļošanā, padarot kopējo procesu energoefektīvāku nekā ūdens attīrīšanu, lai to izmantotu standarta elektrolizatorā.
Principā tas viss izklausās lieliski, bet vai tas tiešām darbojas? Lai to noskaidrotu, komanda salika ierīci un pārbaudīja to Šendžeņas līča jūras ūdenī (līcis uz ziemeļiem no Honkongas un Makao). Un pēc gandrīz visiem saprātīgiem pasākumiem tas darbojās labi.
Tas saglabāja veiktspēju pat pēc 3200 lietošanas stundām, un membrānas elektronu mikroskopija pēc lietošanas parādīja, ka poras šajā posmā palika nebloķētas. Sistēmai izmantotais KOH nebija pilnīgi tīrs, tāpēc tas saturēja zemu jūras ūdenī atrasto jonu līmeni. Bet šie līmeņi laika gaitā nepalielinājās, apstiprinot, ka sistēma neļāva jūras ūdenim iekļūt elektrolīzes kamerā. Runājot par enerģijas patēriņu, sistēma izmantoja aptuveni tādu pašu kā standarta elektrolizators, kas apstiprina, ka ūdens attīrīšanai nebija nepieciešami nekādi enerģijas izdevumi.
KOH šķīdums arī bija pašbalansējošs, ūdens difūzija ierīcē palēninājās, ja tā iekšējais šķīdums kļuva pārāk atšķaidīts. Ja tas kļūst pārāk koncentrēts, elektrolīzes efektivitāte samazinās, tāpēc ūdens izvadīšana palēninās.
Autori lēš, ka viņu ierīce var darboties zem jūras ūdens spiediena dziļumā līdz 75 m. Tomēr temperatūra šajos dziļumos var būt ierobežojoša, jo ūdens difūzijas ātrums caur membrānu ir sešas reizes lielāks 30 ° C temperatūrā nekā 0 °C.
Pat ar visām šīm labajām ziņām ir iespējas uzlabot veiktspēju. Dažādi sāļi, izņemot KOH, ir piemēroti, un daži var darboties labāk. Pētnieki arī atklāja, ka KOH iekļaušana hidrogēlā ap elektrodiem palielināja ūdeņraža ražošanu. Visbeidzot, iespējams, ka ūdens sadalīšanai izmantoto elektrodu materiāla vai struktūras maiņa varētu vēl vairāk paātrināt procesu.
Visbeidzot, komanda ierosināja, ka tas varētu būt noderīgs ne tikai ūdeņraža ražošanai. Jūras ūdens vietā viņi iegremdēja vienu no ierīcēm atšķaidītā litija šķīdumā un konstatēja, ka pēc 200 stundu darbības litija koncentrācija palielinājās vairāk nekā 40 reizes, jo ierīcē iekļuva ūdens. Ir daudz citu kontekstu, piemēram, piesārņota ūdens attīrīšana, kur šī koncentrēšanās spēja var būt noderīga.
Tas neatrisina visas problēmas, kas saistītas ar ūdeņraža izmantošanu kā enerģijas krājumu. Bet tam noteikti ir potenciāls, kas ļautu mums izsvītrot "vajadzību pēc tīra ūdens" no šo jautājumu saraksta.
Jūs varat palīdzēt Ukrainai cīnīties pret krievu iebrucējiem, labākais veids, kā to izdarīt, ir ziedot līdzekļus Ukrainas bruņotajiem spēkiem, izmantojot Savelife vai izmantojot oficiālo lapu NBU.
Interesanti arī: