Исследователи научились добывать водород из морской воды без необходимости ее опреснять.
Считая это «Священным Граалем» энергетики, экономическое и эффективное преобразование воды в водород и кислород через электролиз было целью для ученых на протяжении десятилетий. В одном килограмме водорода примерно в два с половиной раза больше энергии, чем в природном газе. А самое важное то, что продукт его горения – это вода.
В будущем водород может питать все: от автомобилей до жилых комплексов. Но его добыча из воды в глобальных масштабах может резко сократить запасы питьевой воды, пишет Newsweek.
Читайте такжеКитайцы представили водородомобиль с запасом хода 1000 километров (фото)
Помня о всех этих реалиях, команда химиков Стэндфордского университета разработала способ конвертации морской воды, на которую приходится 97% запасов жидкости на Земле, в водород. Традиционное устройство для электролиза состоит из двух металлических электродов: анода и катода, — помещенных в электролитный раствор и разделенных мембраной. Когда ток проходит через раствор, пузырьки кислорода поднимаются над анодом, а водород – над катодом. Чтобы минимизировать количество энергии, необходимой для высвобождения водорода из воды, оба электрода обычно покрывают катализатором.
Устройство, разработанное командой из Стэндфордского университета, во многом похожа на коммерческое устройство электролиза. Но он все же содержит два критически важных отличия, которые позволяют ему работать с соленой морской водой вместо чистой. Соль, как известно, состоит из атомов хлора с отрицательным зарядом и атомов натрия с положительным зарядом. Собственно, именно хлор в соленой морской воде создавал серьезный вызов для ученых, которые надеялись добывать из нее водород. Поскольку, он быстро вызывает коррозию металлического анода.
Соль, конечно, можно убрать из состава морской воды. Но для этого нужно потратить дополнительную энергию для интенсивного процесса дистилляции. Чтобы избежать этого, команда из Стэндфордского университета разработала электроды, способные выдержать жесткие условия.
Читайте такжеОбжитый Марс и колонизация других миров: известный физик дал прогноз для технологий человечества
Они предложили, чтобы анод состоял из токоприемника из пористого никельного пенопласта, покрытого активным и дешевым катализатором из никеля и железа. Катализатор сам подвергается коррозии. Но металлический проводник под ним более активен и легче изнашивается под действием хлора.
Чтобы решить эту проблему, ученые нашли способ подавить миграцию ионов хлора по слою катализатора и не позволить им достичь металлического проводника. Хитрость была в том, чтобы добавить отрицательно заряженные сульфатные и карбонатные молекулы в слой катализатора, а также в месте соединения катализатора с металлом. Поскольку молекулы с одинаковым зарядом отталкивают друг друга, ионы сульфата и карбона блокировали вредный хлор и позволяли электроду работать без коррозии.
Читайте такжеУченые нашли дешевый способ делать топливо для автомобилей на водороде
Стабилизированный анод оказался способным проводить электролиз соленой морской воды на протяжении тысячи часов и с такой же эффективностью, как и промышленные устройства для таких процессов. Исследователи тогда искусственно увеличили соленость воды в три раза в сравнении с морской. Но измененное устройство электролиза все равно было стабильным на протяжении еще тысячи часов. Чтобы добыча водорода из морской воды была экологически чистой, ученые предложили использовать в процессе электролиза электроэнергию из возобновляемых источников, таких как солнечные электростанции.
Источник: