Väteproduktion Från Havsvatten

Havsvatten, som utgör mer än 95 % av jordens vatten, skulle kunna bli en nyckelresurs i hållbar produktion av rent vätebränsle med användning av vattendelande katalysatorer utvecklade av ett KAUST-ledda team.

Vattenklyvning kan erbjuda ett tilltalande sätt till koldioxidneutralitet, särskilt i kombination med förnybara energikällor som sol- och vindkraft. Vattenspjälkning innebär nedbrytning av vatten i en elektrokemisk cell för att producera väte vid katoden samtidigt som syre genereras vid anoden under pålagd spänning. Ändå blir väte- och syreutvecklingskatalysatorer som fungerar bra i sötvatten mindre effektiva i havsvatten på grund av rikliga joner som kan främja oönskade reaktioner och giftkatalysatorer.

Mycket frätande kloridjoner som finns i havsvatten genomgår komplexa reaktioner som konkurrerar med syreutveckling och genererar skadliga föreningar, såsom hypoklorit. Eftersom väteproduktion är beroende av stabila och effektiva reaktioner vid båda elektroderna, är dessa joner en stor utmaning för havsvattenklyvning.

Chemist förklarar att hypokloritbildning kan uppstå eftersom det kräver en lägre driftsspänning för att möta industriella behov än syreutvecklingsreaktionen.

Ett sätt att ta itu med denna fråga är att designa selektiva anodkatalysatorer med lägre spänningskrav. En nickel-iridium enskiktad anodkatalysator visade förbättrad prestanda och stabilitet i havsvatten tack vare synergistiska effekter mellan dess metallkomponenter.

Teamet utarbetade ett tillvägagångssätt som tillhandahåller högeffektiva och stabila elektrokatalysatorer för väteutveckling för uppdelning av havsvatten. Forskarna skapade små kubiska reaktorer, där katalysatorn var inkapslad i ett skyddande skal av molybdensulfid. Katalysatorkärnan bestod av en kolburen molybdenbaserad redoxaktiv förening och hade en zeolitliknande ordnad nanoporös struktur.
Med hjälp av en metallorganisk rambaserad metod kombinerade forskarna metallkomplexprekursorer med länken imidazol i närvaro av ytaktivt ämne för att generera zeolitliknande zink-molybdenkuber. De blandade de resulterande strukturerna med tioacetamid i etanol under återflöde för att bilda en kubisk molybdenoxidfas innesluten i ett tunt zinksulfidskal.

Därefter omvandlade de kemiskt den kubiska fasen till den önskade molybdensulfid-inkapslade redoxaktiva föreningen vid hög temperatur innan de selektivt etsade det yttre zinksulfidskiktet för att ge nanoreaktorerna.

Nanoreaktorerna uppvisade hög elektrokatalytisk aktivitet och stabilitet i både sötvatten och havsvatten. "Den anmärkningsvärda aktiviteten och stabiliteten tillskrivs deras unika struktur."

Kärnan visade många aktiva platser som ökade väteproduktionen och skalet presenterade flera defekter i sina lager, särskilt subnanometerstora hål som gjorde att vattenmolekyler kunde tränga igenom och komma åt de interna aktiva platserna.

Som en ringbrynja blockerade skalet också och förhindrade salter från att avsättas på de aktiva platserna.
Den hierarkiska arkitekturen hos nanoreaktorn isolerar elektrolysen från sidoreaktioner. "I likhet med ett smart hus sker huvudreaktionen i rummen medan sidreaktioner sker på bakgården."

Tro det eller ej, havsvatten är en utmärkt bas för bränsle. Det beror på att havsvatten innehåller en cocktail av element som väte, syre, natrium och andra, som alla är nödvändiga för att livet på jorden ska trivas. Bränsledelen här kommer från det väte som finns i havsvattnet. Tyvärr har det varit en stor utmaning att dra ut vätgasen från resten av elementen, åtminstone fram till nu.

Enheten tillverkar vad som motsvarar havsvattenbränsle genom att injicera havsvatten i ett trattsystem som driver det genom ett dubbelmembranfiltreringssystem. Detta system använder också elektricitet för att framgångsrikt dra vätgas från havsvattnet, vilket effektivt separerar det från de andra elementen som finns i våra hav. Resultaten av denna nya studie visar att den kan bidra till att främja nya ansträngningar för att producera bränslen med låga koldioxidutsläpp.

Den stora vinsten här var att systemet inte skapade en massa skadliga biprodukter, vilket är något de har sett i andra system. De flesta av de nuvarande vatten-till-väte-systemen använder ett enskiktsmembran. Men den här gången sammanförde forskarna två lager, och det visade ett bättre sätt att kontrollera hur joner i havsvatten rörde sig inom experimentet, vilket gjorde det mer effektivt.

Att kunna skapa vätebränsle med hjälp av havsvatten skulle visa sig användbart eftersom det är ett koldioxidsnålt bränsle, som för närvarande används för att köra bränslecellsdrivna fordon och till och med fungerar som ett långtidslagringsalternativ för energinät. Tidigare försök att göra vätgas kräver färskt eller avsaltat vatten, och även om vi har sett framgångsrika vattenavsaltningssystem är det mycket dyrare och mer energikrävande.
Det beror på att rena vattnet innan du använder det kräver dyra system, såväl som energi och till och med ökad komplexitet till enheten, medan en enhet som kan använda havsvatten för att skapa vätebränsle inte skulle kräva de extra delarna.

Att producera väte från havsvatten låter som en dröm som går i uppfyllelse!
Det är rikligt, gratis och enkelt.
Havsvatten kommer som en nästan obegränsad källa till råvaror, och det finns ingen här som kan fakturera det. Vem som helst kan få en hink full med det gratis.
Nyckelaktörer i branschen kommer säkert att bli förälskade i idén.
Processen att extrahera väte är lätt. Havsvatten innehåller en stor mängd löst vätgas. Det krävs en enkel elektrolys för att extrahera det – vi gjorde det till och med som tonåringar i fysikklassen!

Så här fungerar det
Det är naturligt, förvaringsbart och säkert
Havsvatten anses vara en förnybar energikälla som kan bidra till att minska vårt beroende av fossil energi. Och utvinningsprocessen genererar inte koldioxidutsläpp.

Väte kan lagras
Lagrat väte kan användas för att generera el eller driva fordon precis när det behövs.
Det kompenserar för uppehållen av andra förnybara energikällor – regniga eller vindstilla dagar. Det är perfekt för regioner med tillgång till stora havsvattenförekomster men med få konventionella energiresurser.
Det kan bidra till att minska den globala uppvärmningen, säkerställa energisäkerhet och skydda miljön.

Lättfärdig, verkligen
Processen är energikrävande: Att utvinna väte ur havsvatten kräver mycket energi och den totala effektiviteten är ganska låg.
Produktionen är dyr: Att bygga infrastrukturen kräver en mycket hög initial investering. Underhåll är också avgörande, eftersom salthalten i havsvatten kan orsaka korrosion och andra tekniska problem.
Platserna är sällsynta: Dessa platser måste ta hänsyn till vattendjup och kvalitet, samt närhet till energikällor. Inte alla regioner är lämpliga för väteproduktion från havsvatten!
Och slutligen, det är inte så säkert som du kan tro!

Processen frigör klorgas.
Denna gas kombineras med andra naturliga element och bildar dioxiner som förorenar vatten, förorenar fisk och överförs till människor och större djur som äter fisken.

Vill du ha några exempel Den kombinerar med
Water =>saltsyra, akut toxisk effekt på alla former av liv.
Hydrogen =>vätekloridgas, högexplosiv förening
Acetylen, en gas som kan produceras av vissa marina organismer som bakterier och vissa alger. Det kombineras till dikloretan, en mycket explosiv förening.

Eter, spårmängder i vissa arter av alger. Det kombineras till kloroacetaldehyd, en mycket giftig, cancerframkallande förening.
Ammoniak, vanligen producerad av marina organismer. Det kombineras till kloraminer, ett mycket giftigt irriterande ämne i luftvägarna.
En lovande innovation med potential att revolutionera den rena energisektorn
Vätgasproduktion från havsvatten kan göra en drastisk skillnad och hjälpa till att hantera den globala uppvärmningen på ett mer hållbart sätt.
Det har också potential att minska vårt beroende av fossila bränslen och gå mot en renare och mer hållbar och överkomlig framtid.
Dessa löften gör det alltför lätt att förbise de många utmaningarna och riskerna.
Detta är min vädjan till nyckelaktörerna inom ekonomi och energi: Låt oss ta ett djupt andetag, luta oss tillbaka och fundera på det en stund.

Forskarna sa i pressmeddelandet att att arbeta med havsvatten skulle vara ett mer ekonomiskt alternativ, eftersom att rena vatten är dyrt, energikrävande och gör enheterna mer komplexa. Dessutom innehåller naturligt sötvatten föroreningar som är problematiska för modern teknik, förutom att det är en begränsad resurs på planeten.
Förutom att utveckla ett havsvatten-till-vätemembransystem, noterade teamet att studien hade gett en bättre övergripande förståelse för hur havsvattenjoner rör sig genom membran. Denna kunskap skulle kunna tillämpas på andra områden, till exempel produktion av syrgas.
Dessutom sa de att förståelsen av jonflöde och omvandling i det bipolära membransystemet är avgörande för ansträngningen att producera syre genom elektrolys, och teamet visade att det bipolära membranet kunde generera syrgas tillsammans med att producera väte i deras experiment.
Teamet strävar efter att förbättra elektroderna och membranen med hjälp av mer lättillgängliga och lätt extraherade material. Denna förbättring av designen skulle kunna göra skalningen av elektrolyssystemet till en storlek som är nödvändig för att generera väte för energiintensiva aktiviteter som transport mycket enklare.

Produkterna säljs i alla regioner i Kina och exporteras till länder runt om i världen. De har sålts i mer än 20 länder och regioner inklusive USA, Tyskland, Marocko, Kenya, Saudiarabien, Vietnam, Algeriet, Indien, Tanzania och Taiwan. Framgångsrikt tillhandahållit välkända företag som China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group och andra välkända företag. Det finns många gröna vätevätehydreringsstationer som Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. tillhandahåller gröna och väteproducerande projekt.