Вчені навчилися отримувати водень із солоної води

Новий електрод дозволяє масштабоване виробництво водню з морської води, пропонуючи чисте рішення без опріснення для посушливих прибережних регіонів.

Дослідники з Університету Шарджі розробили нову технологію, яка може виробляти чисте водневе паливо безпосередньо з морської води, причому в промислових масштабах.

У дослідженні, опублікованому в журналі Small, команда вчених повідомила, що їм вдалося витягти водень без видалення мінеральних солей, що містяться в морській воді, та додавання будь-яких хімічних речовин.

Дослідники кажуть, що цей метод усуває потребу в опріснювальних установках, будівництво та експлуатація яких є дорогими, часто коштуючи сотні мільйонів доларів.

Інженерний електрод стійкий до корозії морської води.

«Ми розробили новий багатошаровий електрод, який може ефективно та екологічно видобувати водень безпосередньо з морської води.

Традиційні методи стикаються з низкою проблем, головним чином з корозією та погіршенням характеристик, спричиненими іонами хлориду в морській воді», – сказав доктор Танвір Уль Хак, доцент кафедри хімії Університету Шарджі та провідний автор дослідження.

Команда розробила спеціально виготовлений електрод, який, за словами доктора Уль Хака, «долає ці проблеми, створюючи захисне та реактивне мікросередовище, яке підвищує продуктивність, одночасно протистоячи пошкодженням».

Оскільки потреба в чистій енергії зростає, водень став перспективним рішенням.

Але для його виробництва зазвичай потрібна чиста вода, якої бракує в багатьох частинах світу.

Це дослідження пропонує потенційний прорив, представляючи метод виробництва водню безпосередньо з морської води, уникаючи потреби в прісноводних ресурсах.

«Коротше кажучи, ми продемонстрували, що прямий електроліз морської води не тільки можливий, але й масштабований, забезпечуючи ефективність промислового рівня, водночас захищаючи електрод протягом тривалого використання», – додав доктор Уль Хак.

Ефективна робота в реальних умовах морської води.

У своєму дослідженні дослідники описують свій пристрій як «багатошарову конструкцію електродів, розроблену з урахуванням мікросередовища, для сталого електролізу морської води».

Під час роботи апарат забезпечує «геометричну щільність струму 1 А см⁻² у реальній морській воді при перенапрузі 420 мВ, без утворення гіпохлориту та з видатною робочою стабільністю протягом 300 годин за кімнатної температури».

Це теж варте вашої уваги - Вчені: стабільність температури не зупинить танення льодовиків.

У дослідженні зазначається, що електрод виробляє водень з промислово відповідними швидкостями, використовуючи необроблену морську воду.

Майже вся вхідна електроенергія перетворюється на вихід газу, що досягає фарадеївського коефіцієнта корисної дії 98%.

«Удосконалена конструкція анода досягає промислово вигідної густини струму 1,0 А см⁻² при 1,65 В за стандартних умов, що є значним кроком до масштабованого виробництва водню безпосередньо з морської води без опріснення».

Фарадеївська ефективність вимірює ефективність, з якою електрони беруть участь у даній електрохімічній реакції.

«Ми створили вдосконалений електрод, який працює у справжній морській воді без необхідності попередньої обробки чи опріснення», – сказав автор дослідження Юсеф Хайк, професор машинобудування та ядерної інженерії в Університеті Шарджі.

Розроблено для посушливих, сонячних регіонів.

«Наша система генерує водень з промислово прийнятною швидкістю — 1 ампер на квадратний сантиметр — з низьким енергоспоживанням.

Це може революціонізувати наше уявлення про виробництво водню в прибережних регіонах, особливо в посушливих країнах, таких як ОАЕ, де прісна вода обмежена, але сонячне світло та морська вода є вдосталь».

Перевага технології полягає в удосконаленій багатошаровій структурі електрода, яка не лише витримує суворі умови морської води, але й процвітає в них.

Пристрій утворює «захисну плівку метаборату, що запобігає розчиненню металу та утворенню непровідного оксиду» — підхід, який усуває необхідність енергоємного очищення води.

«Це дозволяє обійти дороге опріснення та складне очищення води, що робить виробництво зеленого водню дешевшим та доступнішим», — сказав співавтор Мурад Смарі, науковий співробітник Інституту науки та техніки Університету Шарджі.

Захисні плівки подовжують термін служби системи.

Одна з найбільш вражаючих особливостей системи – її довговічність.

«Вона працює понад 300 годин без втрати продуктивності, протистоячи корозії, яка зазвичай руйнує подібні системи», – сказав доктор Уль Хак.

У дослідженні пояснюється, що карбонатний шар «діє як електростатичний екран», захищаючи численні шари електрода від розчинення.

У випробуваннях на продуктивність електрод досяг частоти оборотів 139,4 с⁻¹ при 1,6 В, що автори вважають одним із найвищих показників, зареєстрованих для подібних систем.

Це теж варте вашої уваги - Зуби віком 2 мільйони років розкривають стать стародавнього виду людиноподібних мавп.

«Підсумовуючи, багатошарова архітектура електродів, розроблена в цьому дослідженні, забезпечує ефективне рішення для ефективного прямого електролізу морської води», – робиться висновок у дослідженні.

«Морфологія ультратонких нанолистів з їхньою великою площею поверхні сприяє значному впливу та активності каталізатора, максимізуючи доступні ділянки поверхні для прямого окислення морською водою».

Д-р Уль Хак наголосив на потенційному впливі технології на виробництво чистої та сталої енергії.

Чиста енергія з масштабованістю на узбережжі.

«Цю технологію можна застосовувати на великомасштабних водневих заводах, які використовують морську воду замість дорогоцінної прісної води.

Уявіть собі водневі ферми на сонячній енергії вздовж узбережжя ОАЕ, які використовують морську воду та сонячне світло для виробництва чистого палива — з нульовими викидами та мінімальним навантаженням на ресурси».

На прохання пояснити простими словами, як працює багатошарова конструкція, доктор Уль Хак відповів: «Шарахова конструкція електрода діє як розумний фільтр — пропускає воду, блокує корозію та прискорює виробництво водню».

Він додав, що продуктивність системи значною мірою зумовлена ​​тим, як вона обробляє іони хлориду в морській воді.

Карбонатна функціоналізація відштовхує ці іони та створює локальне кисле мікросередовище, яке прискорює реакцію виділення кисню (РВК), необхідну для виробництва водню.

У статті зазначається, що цей механізм «покращує кінетику РВК та захищає від атаки хлоридів та утворення осаду».

Від успіху в лабораторії до реального пілотного проекту.

Ця технологія вже викликала інтерес у «стартапів у сфері чистої енергії та регіональних інноваційних центрів», – зазначив доктор Уль Хак.

«Наша інновація перетворює морську воду з проблеми на рішення… Це чистий водень, виготовлений з моря».

Зараз дослідники з нетерпінням чекають на широкомасштабне впровадження своєї технології.

«Зараз ми переходимо від лабораторних до пілотних випробувань, прагнучи перевірити технологію в реальних умовах на відкритому повітрі», – сказав доктор Уль Хак.

«Наша наступна мета – розробити модульний генератор водню, що працює на сонячній енергії, адаптований для використання в посушливих прибережних регіонах».