Водень, питна вода та уран просто з моря: китайські дослідники створили унікальну установку

Китайські науковці створили систему потужністю 250 кВт для видобутку водню, прісної води, урану та інших корисних елементів з морської води. 

Результати досліджень демонструють, що установка здатна скоротити енергоспоживання 14,4% порівняно з традиційним лужним електролізом води. Група дослідників під керівництвом Ден Дехуея та Лю Яньтіна з Даляньського інституту хімічної фізики при Китайській академії наук створила систему, покликану усунути серйозну проблему під час виробництва водню з морської води. 

Морська вода слугує багатим джерелом водню, однак безпосередній електроліз стикається з низкою серйозних перешкод. Іони хлориду у морській воді можуть вступати в реакцію на аноді й призводити до корозії на електроді. Іони кальцію та магнію також можуть утворювати мінеральні відкладення на катоді, що згодом призводитиме до падіння продуктивності.

Другий метод пропонує початково провести опріснення, а потім лише електроліз. Зворотний осмос та дестиляція забезпечують необхідне опріснення, однак це потребує додаткового обладнання та збільшує енергоспоживання.

Дослідники прагнули знайти спосіб рекуперації енергії, яка втрачається в процесі. У дослідженні зазначається, що комерційні системи електролізу працюють за температури від 80 до 90°C. За таких температур близько 30% електроенергії втрачається у вигляді тепла.

Дослідники під’єднали електролізер до установки опріснення аби вловити це тепло. Відпрацьоване тепло спрямовується у вакуумну дистиляційну вежу, де воно допомагає морській воді кипіти за температури 40–50°C. Пара конденсується у прісну воду.

Китайські науковці заявляють, що система може виробляти достатньо прісної води для електролізера, залишаючи при цьому додатковий запас. Концентровану морську воду також можна використовувати для вилучення солі, урану, брому та інших цінних ресурсів.

Установку потужністю 25 кВт було розроблено у 2023 році. З того моменту дослідники вдосконалили й масштабували її, збільшивши потужність до 250 кВт. Установка може виробляти 380 000 стандартних м³ водню на рік з чистотою 99,99%. 

Система також виробляє 256 метричних тонн прісної води на рік. В рамках досліджень система працювала протягом 40 днів в режимі щоденного запуску й зупинки без помітного зниження продуктивності.

Дослідження продемонстрували, що інтегрована система підвищила ефективність використання електроенергії на 14,4% порівняно з традиційним лужним електролізом. Дослідники також встановили, що установка може бути конкурентнішою за традиційне опріснення морської води з подальшим електролізом. 

Розрахункова собівартість виробництва водню складала $2,10 за кг за використання електроенергії, яку генерували наземні вітряні електростанції за ціною $0,033 кВт·год. Вартість зростала до $2,90 за кг за використання електроенергії від сонячних модулів за ціною $0,049 кВт·год. У дослідженні ці показники порівнювалися з поточною ціною продажу водню, що становить близько $3,90 за кг. 

Як зазначив Ден Дехуей, далі дослідники планують зосередитись на покращенні каталізаторів, підвищенні ефективності утилізації залишкового тепла від електролізерів та оптимізації робочих параметрів з допомогою ШІ. 

Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Energy

Джерело:  Interesting Engineering