Pasak mokslininkų grupės iš Pensilvanijos universiteto, saulės, vėjo ir jūros galia netrukus gali susijungti ir gaminti aplinkai nekenksmingą vandenilio kurą. Komanda integravo vandens valymo technologiją į naują eksperimentinį projektą jūros vandens elektrolizatorius, kuris naudoja elektros srovę, kad atskirtų vandenilį ir deguonį vandens molekulėse.
Pasak Bruce'o Logano, Kapos aplinkos inžinerijos profesoriaus ir Evano Pugh universiteto profesoriaus, šis naujas „jūros vandens padalijimo“ metodas gali palengvinti vėjo ir saulės energijos pavertimą kaupiamais ir nešiojamaisiais degalais.
„Vandenilis yra puikus kuras, bet jūs turite jį gauti“, - sakė Loganas. – Vienintelis tvarus būdas tai padaryti – naudoti atsinaujinančią energiją ir gaminti ją iš vandens. Taip pat reikia naudoti vandenį, kurio žmonės nenori naudoti kitiems tikslams, o tai būtų jūros vanduo. Taigi vandenilio gamybos Šventasis Gralis turėjo sujungti jūros vandenį, vėją ir saulės energiją, esančią pakrančių ir jūros aplinkoje.
Nepaisant jūros vandens gausos, jis paprastai nenaudojamas vandens atskyrimui. Jei vanduo prieš paduodamas į elektrolizatorių nėra gėlinamas – brangus papildomas žingsnis – jūros vandenyje esantys chloro jonai virsta nuodingomis chloro dujomis, kurios ardo įrangą ir prasiskverbia į aplinką.
Norėdami to išvengti, mokslininkai įdėjo ploną, pusiau pralaidžią membraną, kuri iš pradžių buvo skirta vandens valymui atvirkštinio osmoso (RO) apdorojimo metu. Atvirkštinio osmoso membrana pakeitė jonų mainų membraną, dažniausiai naudojamą elektrolizatoriuose.
„Atvirkštinio osmoso idėja yra ta, kad jūs darote tikrai didelį slėgį vandeniui, stumdami jį per membraną ir sulaikydami chloro jonus“, - sakė Loganas.
Elektrolizatoriuje jūros vanduo nebesiveržs pro atvirkštinio osmoso membraną, o bus joje sulaikytas. Membrana naudojama atskirti reakcijas, vykstančias šalia dviejų panardintų elektrodų – teigiamai įkrauto anodo ir neigiamai įkrauto katodo – prijungtų prie išorinio maitinimo šaltinio. Įjungus maitinimą, vandens molekulės pradeda skilti prie anodo, išskirdamos mažyčius vandenilio jonus, vadinamus protonais, ir sudarydamos deguonies dujas. Tada protonai praeina per membraną ir jungiasi su elektronais prie katodo, sudarydami vandenilio dujas.
Įrengus atvirkštinio osmoso membraną, jūros vanduo lieka katodo pusėje, o chloro jonai yra per dideli, kad prasiskverbtų pro membraną ir pasiektų anodą, o tai neleidžia susidaryti chloro dujoms.
Tačiau skaidant vandenį, kaip pažymėjo Loganas, kitos druskos yra sąmoningai ištirpinamos vandenyje, kad jis taptų laidus. Jonų mainų membrana, kuri filtruoja jonus elektros krūviu, leidžia pro ją prasiskverbti druskos jonams. Nėra atvirkštinio osmoso membranos.
Kadangi didesnių jonų judėjimą riboja RO membrana, tyrėjams reikėjo patikrinti, ar per poras judančių mažyčių protonų pakanka aukštai elektros srovei palaikyti.
Atlikdami daugybę eksperimentų, mokslininkai išbandė dvi komerciškai prieinamas atvirkštinio osmoso membranas ir dvi katijonų mainų membranas – jonų mainų membranos tipą, leidžiantį judėti visiems teigiamai įkrautiems jonams sistemoje. Kiekvienas iš jų buvo išbandytas dėl membranos atsparumo jonų judėjimui. Taip pat buvo skaičiuojamas energijos kiekis, reikalingas reakcijoms užbaigti, stebimas dujinio vandenilio ir deguonies susidarymas, analizuojama sąveika su chloro jonais ir membranos pažeidimai.
Mokslininkai neseniai gavo 300 000 USD dotaciją iš Nacionalinio mokslo fondo (NSF), kad galėtų tęsti jūros vandens elektrolizės tyrimus. Loganas tikisi, kad jų tyrimai atliks lemiamą vaidmenį mažinant anglies dvideginio išmetimą visame pasaulyje.
Taip pat skaitykite: