Brangstant atsinaujinančiai energijai, didėja susidomėjimas ieškoti būdų, kaip ją taupiai taupyti. Akumuliatoriai gali atlaikyti trumpalaikius gamybos šuolius, tačiau gali neatlaikyti ilgalaikio elektros energijos trūkumo ar sezoninių elektros gamybos pokyčių. Vandenilis yra vienas iš kelių svarstomų variantų, kuris gali būti ilgalaikis tiltas tarp didelio atsinaujinančios energijos produktyvumo laikotarpių.
Tačiau vandenilis turi savų problemų. Jį gauti dalijant vandenį energetiniu požiūriu yra gana neefektyvu, o ilgai laikyti jį gali būti sunku. Dauguma vandenilį gaminančių katalizatorių taip pat geriausiai veikia su švariu vandeniu – nebūtinai tokiu, kuris yra lengvai prieinamas, nes klimato kaita didina sausrų intensyvumą.
Mokslininkų grupė Kinijoje sukūrė įrenginį, galintį gaminti vandenilį iš jūros vandens – iš tikrųjų jis turi būti jūros vandenyje, kad prietaisas veiktų. Pagrindinė jo darbo koncepcija bus žinoma visiems, kurie supranta, kaip veikia dauguma vandeniui atsparių drabužių.
Neperšlampami, kvėpuojantys drabužiai remiasi membrana su kruopščiai struktūrizuotomis poromis. Membrana pagaminta iš vandenį atstumiančios medžiagos. Turi porų, bet jos per mažos, kad nepraleistų skysto vandens. Tačiau jie yra pakankamai dideli, kad pro juos galėtų praeiti atskiros vandens molekulės. Dėl to bet koks vanduo, esantis drabužio išorėje, ten pasilieka, tačiau išgaravęs viduje esantis prakaitas vis tiek tekės per audinį ir pateks į išorinį pasaulį. Dėl to audinys kvėpuoja.
Tokia membrana yra pagrindinė naujojo įrenginio veikimo dalis. Jis nepraleidžia skysto vandens per membraną, bet praleidžia vandens garus. Didelis skirtumas yra tas, kad skystas vanduo yra abiejose membranos pusėse.
Lauke – jūros vanduo su standartiniu druskų rinkiniu. Viduje yra koncentruotas vienos druskos – šiuo atveju kalio hidroksido (KOH) – tirpalas, kuris yra suderinamas su elektrolizės procesu, kurio metu susidaro vandenilis. Į KOH tirpalą panardintas elektrodų rinkinys, gaminantis vandenilį ir deguonį abiejose separatoriaus pusėse, todėl dujų srautai išlieka švarūs.
Kas atsitiks, kai įranga pradės veikti? Kadangi vanduo prietaiso viduje skyla, kad susidarytų vandenilis ir deguonis, sumažėjęs vandens lygis padidina kaustinės druskos tirpalo koncentraciją (kuris iš pradžių buvo daug labiau koncentruotas nei jūros vanduo). Tai leidžia efektyviai naudoti vandenį per jūros vandens membraną, kad būtų atskiestas KOH. Ir porų dėka tai įmanoma, bet tik tuo atveju, jei vanduo juda garų pavidalu.
Dėl to vanduo, būdamas membranos viduje, trumpai išlieka garų būsenoje, o tada, vos patekęs į prietaisą, greitai virsta skysčiu. Visas sudėtingas jūros vandenyje esantis druskų mišinys lieka už membranos ribų, o į ją skaidančius elektrodus tiekiamas nuolatinis gėlo vandens srautas. Svarbu tai, kad visa tai vyksta nenaudojant paprastai gėlinimui naudojamos energijos, todėl visas procesas yra efektyvesnis nei vandens valymas, naudojamas standartiniame elektrolizatoriuje.
Iš esmės visa tai skamba puikiai, bet ar tai iš tikrųjų veikia? Norėdami tai išsiaiškinti, komanda surinko įrenginį ir išbandė jį Šendženo įlankos (įlankos į šiaurę nuo Honkongo ir Makao) jūros vandenyje. Ir beveik visomis pagrįstomis priemonėmis jis veikė gerai.
Jis išlaikė veikimą net po 3200 naudojimo valandų, o membranos elektroninė mikroskopija po naudojimo parodė, kad šiame etape poros liko neužblokuotos. Sistemai naudojamas KOH nebuvo visiškai grynas, todėl jame buvo mažai jonų, esančių jūros vandenyje. Tačiau šie lygiai laikui bėgant nepadidėjo, patvirtindami, kad sistema neleido jūros vandeniui patekti į elektrolizės kamerą. Kalbant apie energijos suvartojimą, sistema naudojo maždaug tiek pat, kiek ir standartinis elektrolizatorius, patvirtinantis, kad vandens valymui nereikia jokių energijos sąnaudų.
KOH tirpalas taip pat buvo savaime balansuojamas, vandens difuzija į prietaisą sulėtėjo, jei jo vidinis tirpalas tapo per daug atskiestas. Jei jis tampa per daug koncentruotas, elektrolizės efektyvumas krenta, todėl vandens pašalinimas sulėtėja.
Autoriai apskaičiavo, kad jų prietaisas gali veikti esant jūros vandens slėgiui gylyje iki 75 m. Tačiau temperatūra šiuose gyliuose gali būti ribojanti, nes vandens difuzijos per membraną greitis 30°C temperatūroje yra šešis kartus didesnis nei esant 0 °C.
Net ir turint visas šias geras naujienas, yra galimybių pagerinti našumą. Įvairios druskos, išskyrus KOH, yra tinkamos, o kai kurios gali veikti geriau. Tyrėjai taip pat nustatė, kad KOH įtraukimas į hidrogelį aplink elektrodus padidino vandenilio gamybą. Galiausiai, gali būti, kad vandens skaidymui naudojamų elektrodų medžiagos ar struktūros pakeitimas gali dar labiau pagreitinti procesą.
Galiausiai komanda pasiūlė, kad jis gali būti naudingas ne tik vandenilio gamybai. Vietoj jūros vandens jie vieną iš prietaisų panardino į praskiestą ličio tirpalą ir nustatė, kad po 200 darbo valandų dėl į prietaisą patekusio vandens ličio koncentracija padidėjo daugiau nei 40 kartų. Yra daug kitų kontekstų, pavyzdžiui, užteršto vandens valymas, kur šis gebėjimas susikaupti gali būti naudingas.
Tai neišsprendžia visų problemų, susijusių su vandenilio, kaip energijos atsargos, naudojimu. Tačiau tai tikrai gali leisti mums išbraukti „švaraus vandens poreikį“ iš šių problemų sąrašo.
Jūs galite padėti Ukrainai kovoti su rusų įsibrovėliais, geriausias būdas tai padaryti – aukoti lėšas Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.
Taip pat įdomu:
Palikti atsakymą