Brintproduktion fra havvand

Havvand, som udgør mere end 95 % af jordens vand, kan blive en nøgleressource i bæredygtig produktion af rent brintbrændstof med brug af vandspaltningskatalysatorer udviklet af et KAUST-ledet team.

Vandspaltning kan tilbyde en tiltalende vej til CO2-neutralitet, især når det kombineres med vedvarende energikilder såsom sol- og vindkraft. Vandspaltning involverer nedbrydning af vand i en elektrokemisk celle for at producere brint ved katoden, mens der genereres oxygen ved anoden under påført spænding. Alligevel bliver brint- og iltudviklingskatalysatorer, der fungerer godt i ferskvand, mindre effektive i havvand på grund af rigelige ioner, der kan fremme uønskede reaktioner og giftkatalysatorer.

Meget ætsende chloridioner, der er til stede i havvand, gennemgår komplekse reaktioner, der konkurrerer med iltudvikling og genererer skadelige forbindelser, såsom hypochlorit. Fordi brintproduktion afhænger af stabile og effektive reaktioner ved begge elektroder, er disse ioner en stor udfordring for havvandsspaltning.

Chemist forklarer, at hypochloritdannelse kan forekomme, fordi det kræver en lavere driftsspænding for at opfylde industrielle behov end iltudviklingsreaktionen.

En måde at løse dette problem på er at designe selektive anodekatalysatorer med lavere spændingskrav. En nikkel-iridium monolag anodekatalysator viste forbedret ydeevne og stabilitet i havvand takket være synergistiske effekter mellem dens metalkomponenter.

Teamet udtænkte en tilgang, der giver højeffektive og stabile elektrokatalysatorer for brintudvikling til havvandsspaltning. Forskerne skabte små kubiske reaktorer, hvori katalysatoren var indkapslet i en beskyttende skal af molybdænsulfid. Katalysatorkernen bestod af en kulstofunderstøttet molybdæn-baseret redoxaktiv forbindelse og havde en zeolitlignende ordnet nanoporøs struktur.
Ved at bruge en metal-organisk rammebaseret tilgang kombinerede forskerne metalkompleks-precursorer med linker-imidazolen i nærvær af overfladeaktivt stof for at generere zeolitlignende zink-molybdænterninger. De blandede de resulterende strukturer med thioacetamid i ethanol under tilbagesvaling for at danne en kubisk molybdænoxidfase indesluttet i en tynd zinksulfidskal.

Dernæst omdannede de kemisk den kubiske fase til den ønskede molybdænsulfid-indkapslede redoxaktive forbindelse ved høj temperatur, før de selektivt ætsede det ydre zinksulfidlag for at give nanoreaktorerne.

Nanoreaktorerne udviste høj elektrokatalytisk aktivitet og stabilitet i både ferskvand og havvand. "Den bemærkelsesværdige aktivitet og stabilitet tilskrives deres unikke struktur."

Kernen viste adskillige aktive steder, der øgede brintproduktionen, og skallen præsenterede adskillige defekter i dens lag, især subnanometer-store huller, der gjorde det muligt for vandmolekyler at trænge igennem og få adgang til de interne aktive steder.

Skallen fungerede som en ringbrynje og blokerede også og forhindrede salte i at aflejre sig på de aktive steder.
Nanoreaktorens hierarkiske arkitektur isolerer elektrolysen fra sidereaktioner. "I lighed med et smart hus opstår hovedreaktionen i rummene, mens sidereaktioner sker i baghaven."

Tro det eller ej, havvand er en fremragende base for brændstof. Det skyldes, at havvand indeholder en cocktail af elementer som brint, ilt, natrium og andre, som alle er afgørende for, at livet på Jorden kan trives. Brændselsdelen her kommer fra det brint, der findes i havvand. Desværre har det været noget af en udfordring at trække brintgassen fra resten af ​​grundstofferne, i hvert fald indtil nu.

Enheden fremstiller, hvad der svarer til havvandsbrændstof, ved at sprøjte havvand ind i et tragtsystem, der driver det gennem et dobbeltmembranfiltreringssystem. Dette system bruger også elektricitet til med succes at trække brinten fra havvandet, og effektivt adskille det fra de andre elementer, der findes i vores oceaner. Resultaterne af denne nye undersøgelse viser, at den kan hjælpe med at fremme nye bestræbelser på at producere brændstoffer med lavt kulstofindhold.

Den store gevinst her var, at systemet ikke skabte en masse skadelige biprodukter, hvilket er noget, de har set i andre systemer. De fleste af de nuværende vand-til-brint-systemer bruger en enkeltlagsmembran. Men denne gang bragte forskerne to lag sammen, og det viste en bedre måde at kontrollere den måde, ioner i havvand bevægede sig inden for eksperimentet, hvilket gjorde det mere effektivt.

At være i stand til at skabe brintbrændstof ved hjælp af havvand ville vise sig nyttigt, fordi det er et brændstof med lavt kulstofindhold, som i øjeblikket bruges til at køre brændselscelle-elkøretøjer, og endda fungerer som en langtidsopbevaringsmulighed for energinet. Tidligere forsøg på at lave brintgas kræver frisk eller afsaltet vand, og selvom vi har set vellykkede vandafsaltningssystemer, er det meget dyrere og mere energikrævende.
Det skyldes, at rensning af vandet, før du bruger det, kræver dyre systemer, såvel som energi og endda tilføjet kompleksitet til enheden, hvorimod en enhed, der kan bruge havvand til at skabe brintbrændstof, ikke ville kræve disse ekstra dele.

At producere brint fra havvand lyder som en drøm, der går i opfyldelse!
Det er rigeligt, gratis og nemt.
Havvand kommer som en næsten ubegrænset kilde til råvarer, og der er ingen her til at fakturere det. Enhver kan få en spand fuld af det gratis.
Nøgleaktører i branchen er bundet til at blive forelsket i ideen.
Processen med at udvinde brint er let. Havvand indeholder en stor mængde opløst brintgas. Det kræver en simpel elektrolyse at udvinde det – det gjorde vi endda som teenagere i fysikklassen!

Her er hvordan det fungerer
Det er naturligt, opbevares og sikkert
Havvand betragtes som en vedvarende energikilde, der kan hjælpe med at reducere vores afhængighed af fossil energi. Og udvindingsprocessen genererer ikke kulstofemissioner.

Brint kan opbevares
Lagret brint kan bruges til at generere elektricitet eller drive køretøjer præcis, når det er nødvendigt.
Det opvejer afbrydelsen af ​​andre vedvarende energikilder - regnfulde eller vindstille dage. Det er perfekt til regioner med adgang til store havvand, men med få konventionelle energiressourcer.
Det kan hjælpe med at reducere den globale opvarmning, sikre energisikkerhed og beskytte miljøet.

Easy-peasy, virkelig
Processen er energikrævende: Udvinding af brint fra havvand kræver en høj mængde energi, og den samlede effektivitet er ret lav.
Produktionen er dyr: Opbygning af infrastrukturen kræver en meget høj initial investering. Vedligeholdelse er også afgørende, da saltindholdet i havvand kan forårsage korrosion og andre tekniske problemer.
Placeringerne er sjældne: Disse steder skal tage højde for vanddybde og -kvalitet samt nærhed til energikilder. Ikke alle regioner er egnede til brintproduktion fra havvand!
Og endelig er det ikke så sikkert, som du skulle tro!

Processen frigør klorgas.
Denne gas kombineres med andre naturlige elementer og danner dioxiner, der forurener vand, forurener fisk og overføres til mennesker og større dyr, der spiser fiskene.

Vil du have nogle eksempler Det kombinerer med
Water =>saltsyre, akut toksisk virkning på alle former for liv.
Hydrogen =>hydrogenchloridgas, højeksplosiv forbindelse
Acetylen, en gas, der kan produceres af nogle marine organismer, såsom bakterier og visse arter af alger. Det kombineres til dichlorethan, en meget eksplosiv forbindelse.

Ether, spormængder i visse arter af alger. Det kombineres til chloracetaldehyd, en meget giftig, kræftfremkaldende forbindelse.
Ammoniak, almindeligvis produceret af marine organismer. Det kombineres til chloraminer, et meget giftigt luftvejsirriterende stof.
En lovende innovation med potentiale til at revolutionere sektoren for ren energi
Brintproduktion fra havvand kan gøre en drastisk forskel og hjælpe med at håndtere global opvarmning på en mere bæredygtig måde.
Det har også potentialet til at reducere vores afhængighed af fossile brændstoffer og bevæge os mod en renere og mere bæredygtig og økonomisk overkommelig fremtid.
Disse løfter gør det alt for let at overse de mange udfordringer og risici, der er forbundet hermed.
Dette er min bøn til de økonomiske og energimæssige nøgleaktører: Lad os venligst tage en dyb indånding, læne os tilbage og tænke over det et øjeblik.

Forskerne sagde i pressemeddelelsen, at arbejde med havvand ville være en mere økonomisk mulighed, da rensning af vand er dyrt, energikrævende og tilføjer kompleksitet til enheder. Desuden indeholder naturligt ferskvand urenheder, der er problematiske for moderne teknologi, ud over at det er en begrænset ressource på kloden.
Ud over at udvikle et havvand-til-brint membransystem bemærkede holdet, at undersøgelsen havde givet en bedre overordnet forståelse af, hvordan havvandsioner bevæger sig gennem membraner. Denne viden kan anvendes til andre områder, såsom produktion af oxygengas.
Desuden sagde de, at forståelsen af ​​ionstrøm og omdannelse i det bipolære membransystem er afgørende for bestræbelserne på at producere ilt gennem elektrolyse, og holdet viste, at den bipolære membran kunne generere iltgas sammen med at producere brint i deres eksperiment.
Holdet sigter mod at forbedre elektroderne og membranerne ved at bruge mere let tilgængelige og let ekstraherbare materialer. Denne forbedring i design kunne gøre skalering af elektrolysesystemet til en størrelse, der er nødvendig for at generere brint til energiintensive aktiviteter såsom transport, meget enklere.

Produkter sælges i alle regioner i Kina og eksporteres til lande rundt om i verden. De er blevet solgt i mere end 20 lande og regioner, herunder USA, Tyskland, Marokko, Kenya, Saudi-Arabien, Vietnam, Algeriet, Indien, Tanzania og Taiwan. Med succes leveret velkendte virksomheder som China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group og andre velkendte virksomheder. Der er mange grønne brinthydrogeneringsstationer, såsom Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, osv. leverer grønne og brintfremstillede projekter.