Vědci navrhli nový systém pro přeměnu mořské vody na vodíkové palivo

Tým SLAC-Stanford získal vodík přímo z oceánských vod, jak uvádí Stanfordova univerzita na svém webu. Jejich práce by mohla pomoci při výrobě nízkouhlíkového paliva pro elektrické sítě, automobily, lodě a další infrastrukturu.

Směs vodíku, kyslíku, sodíku a dalších prvků v mořské vodě je životně důležitá pro život na Zemi. Stejně složité chemické složení však ztěžuje získávání plynného vodíku pro čisté energetické účely.

Vědci z SLAC National Accelerator Laboratory při ministerstvu energetiky a Stanfordovy univerzity se spolupracovníky z Oregonské univerzity a Manchesterské metropolitní univerzity nyní našli způsob, jak získat vodík z oceánu díky proudění mořské vody přes systém dvou membrán a elektřinu.

Jejich inovativní konstrukce úspěšně generuje plynný vodík bez produkce velkého množství škodlivých vedlejších produktů. Výsledky jejich studie, publikované v časopise Joule, by mohly pomoci pokročit v úsilí o výrobu nízkouhlíkových paliv.

Plynný vodík je nízkouhlíkové palivo, které se v současné době používá mnoha způsoby, například k pohonu elektromobilů s palivovými články a jako možnost dlouhodobého skladování energie, které je vhodné k ukládání energie po dobu týdnů, měsíců nebo déle, pro elektrické sítě.

Mnoho pokusů o výrobu plynného vodíku začíná sladkou nebo odsolenou vodou, ale tyto metody mohou být drahé a energeticky náročné. S upravenou vodou se pracuje snadněji, protože v ní plave méně látek – chemických prvků nebo molekul.

Podle výzkumníků je však čištění vody drahé, vyžaduje energii a zvyšuje složitost zařízení. Další možnost, přírodní sladká voda, obsahuje řadu nečistot, které jsou pro moderní technologie problematické, a navíc je na planetě omezenějším zdrojem.

Aby mohl tým pracovat s mořskou vodou, zavedl bipolární neboli dvouvrstvý membránový systém a testoval jej pomocí elektrolýzy, což je metoda, která využívá elektřinu k pohonu iontů neboli nabitých prvků, aby proběhla požadovaná reakce. Svůj návrh zahájili kontrolou nejškodlivějšího prvku pro systém mořské vody – chloridu.

Bipolární membrána v experimentu umožňuje přístup k podmínkám potřebným k výrobě plynného vodíku a zmírňuje přístup chloridu k reakčnímu centru.

Domov pro vodík

Ideální membránový systém plní tři základní funkce: odděluje plynný vodík a kyslík od mořské vody, pomáhá přenášet pouze užitečné vodíkové a hydroxidové ionty a omezuje ostatní ionty mořské vody a pomáhá zabránit nežádoucím reakcím. Zachytit všechny tři tyto funkce dohromady je obtížné a výzkum týmu je zaměřen na zkoumání systémů, které mohou účinně kombinovat všechny tři tyto potřeby.

Konkrétně v jejich experimentu protony, což byly kladné vodíkové ionty, procházely jednou z vrstev membrány do místa, kde mohly být zachyceny a přeměněny na plynný vodík interakcí se záporně nabitou elektrodou neboli katodou. Druhá membrána v systému umožňovala průchod pouze záporným iontům, například chloridům.

Jako další pojistka obsahovala jedna vrstva membrány záporně nabité skupiny, které byly k membráně připevněny, což ztěžovalo ostatním záporně nabitým iontům, jako je chlorid, pohyb do míst, kde by neměly být.

Záporně nabitá membrána se při pokusech týmu ukázala jako vysoce účinná při blokování téměř všech chloridových iontů a jejich systém fungoval bez vzniku toxických vedlejších produktů, jako jsou bělidla a chlor.

Vedle návrhu membránového systému pro přeměnu mořské vody na vodík poskytla studie také lepší obecné pochopení toho, jak se ionty mořské vody pohybují přes membrány. Tyto poznatky by mohly vědcům pomoci navrhnout silnější membrány i pro jiné aplikace, například pro výrobu plynného kyslíku.

Tým plánuje zdokonalit své elektrody a membrány tím, že je vyrobí z materiálů, které jsou hojnější a snadno těžitelné. Toto konstrukční vylepšení by mohlo usnadnit škálování systému elektrolýzy na velikost potřebnou k výrobě vodíku pro energeticky náročné činnosti, jako je například odvětví dopravy.

Výzkumníci také doufají, že své elektrolýzní články přenesou do Stanfordského světelného zdroje synchrotronového záření (SSRL) SLAC, kde budou moci studovat atomární strukturu katalyzátorů a membrán pomocí intenzivního rentgenového záření tohoto zařízení.

Zdroj: slac.stanford.edu, redakce