Какие мембраны помогут расщепить морскую воду на топливо?

Энергию солнца, ветра и моря возможно объединить, чтобы воспроизвести чистое сгорающее водородное топливо, утверждают исследователи штата Пенн. Команда внедрила технологию очистки воды в новый проект электролиза морской воды. Данный проект использует электрический ток для расщепления водорода и кислорода в молекулах воды.

По словам Брюса Логана, профессора экологической инженерии из Каппе и профессора Университета Эвана Пью, данный метод расщепления морской воды способен упростить преобразование энергии ветра и солнца в топливо, которое возможно хранить и транспортировать.

«Водород — отличное топливо, но его еще нужно произвести», — сказал Логан. Единственный надежный способ сделать это — использовать возобновляемую энергию и создавать водород из воды. Также нужно использовать воду, которую люди не хотят использовать для других целей, а значит, лучше всего подойдет морская вода. Таким образом, священным граалем производства водорода было бы сочетание морской воды с ветровой и солнечной энергией, получаемой в прибрежной и морской среде».

Несмотря на изобилие морской воды, она обычно не используется для расщепления воды. Если только вода не опреснена перед попаданием в электролизер — а это дорогостоящий дополнительный этап — хлорид-ионы в морской воде превращаются в токсичный хлорный газ, который разрушает оборудование и проникает в окружающую среду.

Для предотвращения этого эффекта исследователи использовали тонкую полупроницаемую мембрану, изначально разработанную для очистки воды в системах обратного осмоса. Обратноосмотическая мембрана заменила ионообменную мембрану, обычно используемую в электролизерах.

«Идея обратного осмоса заключается в том, что Вы оказываете действительно высокое давление на воду, проталкивая ее через мембрану и удерживая ионы хлорида», — сказал Логан.

В электролизере же морская вода не будет проходить через мембрану обратноосмотического обессоливания. Мембрана применяется для разделения реакций, происходящих вблизи двух погруженных электродов — положительно заряженного анода и отрицательно заряженного катода, подключенного к внешнему источнику питания. При включении питания молекулы воды начинают расщепляться на аноде, высвобождая крошечные ионы водорода и образуя газообразный кислород. Затем протоны проходят через мембрану и соединяются с электронами на катоде, образуя газообразный водород.

Когда в установке размещается мембрана, морская вода удерживается на катодной стороне, но хлоридные ионы слишком велики, чтобы пройти через мембрану и достичь анода, что предотвращает образование газа хлора.

При расщеплении воды, отметил Логан, другие соли также растворяются в воде, чтобы та стала электропроводящей. Ионообменная мембрана, которая фильтрует ионы по электрическому заряду, пропускает ионы солей. Мембрана RO не пропускает.

«Мембраны для обратного осмоса подавляют движение солей, но единственный способ генерировать ток в цепи – перемещение заряженных ионов в воде между электродами.», — сказал Логан.

Ограничив движение больших ионов мембраной обратного осмоса, исследователи надеялись понять, достаточно ли крошечных протонов, движущихся через поры, чтобы поддерживать электрический ток.

«Нашей целью было показать, что возможно получить большую силу тока, проходящую через электроды, когда между ними расположена мембрана, не позволяющая ионам соли мигрировать с растворе» , — сказал Логан.

В ряде экспериментов, недавно опубликованных в журнале «Наука об энергетике и окружающей среде», исследователи сравнили две коммерчески доступные мембраны для обратного осмоса и две катионообменные мембраны (тип ионообменной мембраны, позволяющей пропускать все положительно заряженные ионы в системе).

Во время эксперимента проверялась устойчивость мембран к бомбардировке ускоренными электродами ионами, измерялось количество необходимой для завершения реакций производства водорода и газообразного кислорода энергии. Кроме того, проверялось, как взаимодействуют мембраны с ионами хлоридов и скорость их разрушения.  Логан объяснил, что в то время как одна мембрана для обратноосмотического обессоливания оказалась непригодной для установки, другая мембрана показала хорошие результаты по сравнению с катионно-обменными мембранами. Исследователи до сих пор исследуют, почему между двумя обратноосмотическими мембранами была такая разница.

«Это может сработать», — сказал он. «Мы пока не знаем точно, отчего эти две экспериментальные мембраны показали себя по-разному, но найдем ответ и на этот вопрос».

Благодаря своему исследованию, команда ученых получила грант в 300 тысяч долларов на дальнейшие исследования электролиза морской воды. Эти исследования могут сыграть решающую роль в понижении содержания в атмосфере вредных выбросов.

Разумеется, потребление энергии – одна из важнейшеших проблем современности. Необходимо искать новые пути получения энергии, и если это является вашей целью и работой, то доменное имя .energy вам идеально подойдет. Использование такого доменного имени будет позиционировать вас как организацию, ищущую решения.