تولید هیدروژن از آب دریا

آب دریا که بیش از 95 درصد از آب زمین را تشکیل می دهد، می تواند به منبعی کلیدی در تولید پایدار سوخت هیدروژن پاک با استفاده از کاتالیزورهای تقسیم آب که توسط تیمی تحت رهبری KAUST توسعه یافته است، تبدیل شود.

تقسیم آب می تواند راهی جذاب برای بی طرفی کربن ارائه دهد، به ویژه هنگامی که با منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و باد همراه باشد. تقسیم آب شامل تجزیه آب در یک سلول الکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن در کاتد در حالی که در آند تحت ولتاژ اعمال شده اکسیژن تولید می کند. با این حال، کاتالیزورهای تکامل هیدروژن و اکسیژن که در آب شیرین عملکرد خوبی دارند، به دلیل یون‌های فراوانی که می‌توانند واکنش‌های ناخواسته و کاتالیزورهای سمی را تحریک کنند، در آب دریا کارایی کمتری دارند.

یون‌های کلرید بسیار خورنده موجود در آب دریا تحت واکنش‌های پیچیده‌ای قرار می‌گیرند که با تکامل اکسیژن رقابت می‌کنند و ترکیبات مضری مانند هیپوکلریت تولید می‌کنند. از آنجایی که تولید هیدروژن به واکنش‌های پایدار و کارآمد در هر دو الکترود بستگی دارد، این یون‌ها یک چالش بزرگ برای شکافتن آب دریا هستند.

Chemiste توضیح می دهد که تشکیل هیپوکلریت می تواند رخ دهد زیرا به ولتاژ عملیاتی کمتری برای رفع نیازهای صنعتی نسبت به واکنش تکامل اکسیژن نیاز دارد.

یکی از راه‌های مقابله با این موضوع، طراحی کاتالیست‌های آند انتخابی با ولتاژ پایین‌تر است. یک کاتالیزور آند تک لایه نیکل-ایریدیم به لطف اثرات هم افزایی بین اجزای فلزی آن، عملکرد و پایداری بیشتری در آب دریا نشان داد.

تیم رویکردی ابداع کرد که الکتروکاتالیست‌های تکامل هیدروژن با کارایی بالا و پایدار را برای تقسیم آب دریا فراهم می‌کند. محققان راکتورهای کوچک مکعبی ایجاد کردند که در آن کاتالیزور در یک پوسته محافظ سولفید مولیبدن محصور شده بود. هسته کاتالیزور از یک ترکیب فعال ردوکس بر پایه مولیبدن با پشتیبانی از کربن تشکیل شده بود و دارای ساختار نانومتخلخل منظم شبیه زئولیت بود.
محققان با استفاده از یک رویکرد مبتنی بر چارچوب آلی فلزی، پیش سازهای کمپلکس فلزی را با پیوند دهنده ایمیدازول در حضور سورفکتانت ترکیب کردند تا مکعب های زئولیت مانند روی-مولیبدن تولید کنند. آنها ساختارهای حاصل را با تیواستامید در اتانول تحت رفلاکس مخلوط کردند تا یک فاز اکسید مولیبدن مکعبی محصور در یک پوسته نازک سولفید روی تشکیل دهند.

سپس، آنها فاز مکعبی را در دمای بالا قبل از حکاکی انتخابی لایه بیرونی سولفید روی برای تولید نانوراکتورها، به صورت شیمیایی به ترکیب فعال ردوکس فعال محصور شده با سولفید مولیبدن تبدیل کردند.

نانو راکتورها فعالیت الکتروکاتالیستی و پایداری بالایی را هم در آب شیرین و هم در آب دریا از خود نشان دادند. فعالیت و ثبات قابل توجه به ساختار منحصر به فرد آنها نسبت داده می شود.

هسته سایت‌های فعال متعددی را نشان می‌دهد که تولید هیدروژن را افزایش می‌دهد و پوسته نقص‌های متعددی را در لایه‌های خود نشان می‌دهد، به‌ویژه سوراخ‌هایی به اندازه زیر نانومتر که به مولکول‌های آب اجازه نفوذ و دسترسی به مکان‌های فعال داخلی را می‌دهد.

این پوسته که به عنوان یک پست زنجیره ای عمل می کند، همچنین نمک ها را در سایت های فعال مسدود کرده و از رسوب آن جلوگیری می کند.
معماری سلسله مراتبی نانوراکتور، الکترولیز را از واکنش های جانبی جدا می کند. مشابه یک خانه هوشمند، واکنش اصلی در اتاق ها رخ می دهد در حالی که واکنش های جانبی در حیاط خلوت اتفاق می افتد.

باور کنید یا نه، آب دریا یک پایه عالی برای سوخت است. به این دلیل که آب دریا حاوی ترکیبی از عناصری مانند هیدروژن، اکسیژن، سدیم و غیره است که همگی برای رشد حیات روی زمین ضروری هستند. بخش سوخت در اینجا از هیدروژن موجود در آب دریا می آید. متأسفانه، کشیدن گاز هیدروژن از بقیه عناصر، حداقل تا کنون، کاملاً یک چالش بوده است.

این دستگاه با تزریق آب دریا به یک سیستم قیفی که آن را از طریق یک سیستم فیلتراسیون دو غشایی هدایت می کند، چیزی معادل سوخت آب دریا می سازد. این سیستم همچنین از الکتریسیته برای بیرون کشیدن موفقیت آمیز هیدروژن از آب دریا استفاده می کند و به طور موثر آن را از سایر عناصر موجود در اقیانوس های ما جدا می کند. نتایج این مطالعه جدید نشان می دهد که می تواند به پیشرفت تلاش های جدید برای تولید سوخت های کم کربن کمک کند.

پیروزی بزرگ در اینجا این بود که سیستم دسته ای از محصولات جانبی مضر ایجاد نکرد، چیزی که در سیستم های دیگر دیده اند. اکثر سیستم های فعلی آب به هیدروژن از غشای تک لایه استفاده می کنند. با این حال، این بار محققان دو لایه را کنار هم قرار دادند و روش بهتری برای کنترل نحوه حرکت یون‌های موجود در آب دریا در آزمایش نشان داد که این امر آن را مؤثرتر کرد.

توانایی ایجاد سوخت هیدروژنی با استفاده از آب دریا مفید خواهد بود زیرا سوختی کم کربن است که در حال حاضر برای راه اندازی وسایل نقلیه الکتریکی سلول سوختی استفاده می شود و حتی به عنوان یک گزینه ذخیره سازی طولانی مدت برای شبکه های انرژی کار می کند. تلاش‌های قبلی برای ساخت گاز هیدروژن به آب شیرین یا نمک‌زدایی نیاز داشت، و در حالی که سیستم‌های آب شیرین‌کن موفقی را دیده‌ایم، بسیار گران‌تر و انرژی‌بر است.
این به این دلیل است که تصفیه آب قبل از استفاده به سیستم های گران قیمت و همچنین انرژی و حتی پیچیدگی بیشتر دستگاه نیاز دارد، در حالی که دستگاهی که بتواند از آب دریا برای تولید سوخت هیدروژنی استفاده کند به آن قطعات اضافی نیاز ندارد.

تولید هیدروژن از آب دریا شبیه یک رویا به نظر می رسد!
فراوان، رایگان و آسان است.
آب دریا به‌عنوان منبع تقریباً نامحدودی از مواد خام می‌آید، و کسی در اینجا نیست که آن را فاکتور کند. هر کسی می تواند یک سطل پر از آن را به صورت رایگان دریافت کند.
بازیگران کلیدی صنعت ناچارند عاشق این ایده شوند.
فرآیند استخراج هیدروژن آسان است. آب دریا حاوی مقدار زیادی گاز هیدروژن محلول است. استخراج آن به یک الکترولیز ساده نیاز دارد - ما حتی در نوجوانی در کلاس فیزیک این کار را انجام دادیم!

هم اکنون به چگونگی کارکرد آن می پردازیم
طبیعی، قابل نگهداری و ایمن است
آب دریا یک منبع انرژی تجدید پذیر در نظر گرفته می شود که می تواند به کاهش وابستگی ما به انرژی فسیلی کمک کند. و فرآیند استخراج باعث انتشار کربن نمی شود.

هیدروژن را می توان ذخیره کرد
هیدروژن ذخیره شده را می توان دقیقاً در صورت نیاز برای تولید برق یا نیرو دادن به وسایل نقلیه استفاده کرد.
وقفه سایر انرژی های تجدیدپذیر را جبران می کند - روزهای بارانی یا بدون باد. برای مناطقی که به حجم وسیعی از آب دریا دسترسی دارند اما منابع انرژی معمولی کمی دارند، عالی است.
می تواند به کاهش گرمایش جهانی، تضمین امنیت انرژی و حفاظت از محیط زیست کمک کند.

خیلی راحت، واقعا
این فرآیند انرژی بر است: استخراج هیدروژن از آب دریا به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد و بازده کلی بسیار پایین است.
تولید گران است: ساخت زیرساخت نیاز به سرمایه گذاری اولیه بسیار بالایی دارد. تعمیر و نگهداری نیز بسیار مهم است، زیرا محتوای نمک آب دریا می تواند باعث خوردگی و سایر مسائل فنی شود.
مکان ها نادر هستند: این مکان ها باید عمق و کیفیت آب و همچنین نزدیکی به منابع انرژی را در نظر بگیرند. همه مناطق برای تولید هیدروژن از آب دریا مناسب نیستند!
و در نهایت، آنقدرها هم که فکر می کنید ایمن نیست!

این فرآیند گاز کلر را آزاد می کند.
این گاز با سایر عناصر طبیعی ترکیب می شود و دیوکسین هایی را تشکیل می دهد که آب را آلوده می کند، ماهی ها را آلوده می کند و به انسان و حیوانات بزرگتر که ماهی را می خورند منتقل می کند.

آیا می خواهید چند نمونه این ترکیب با
Water =>اسید هیدروکلریک، اثر سمی حاد در تمام اشکال زندگی.
Hydrogen =>گاز کلرید هیدروژن، ترکیب بسیار انفجاری
استیلن، گازی که می تواند توسط برخی موجودات دریایی مانند باکتری ها و گونه های خاصی از جلبک ها تولید شود. این ماده به دی کلرو اتان ترکیب می شود که یک ترکیب بسیار انفجاری است.

اتر، مقادیر کمی در گونه های خاصی از جلبک ها. این ماده به کلرواستالدئید، یک ترکیب بسیار سمی و سرطان زا، ترکیب می شود.
آمونیاک که معمولاً توسط موجودات دریایی تولید می شود. آن را به کلرامین ترکیب می شود، یک محرک تنفسی بسیار سمی.
یک نوآوری امیدوارکننده با پتانسیل ایجاد انقلاب در بخش انرژی پاک
تولید هیدروژن از آب دریا می تواند تفاوت فاحشی ایجاد کند و به مقابله با گرمایش جهانی به روشی پایدارتر کمک کند.
همچنین این پتانسیل را دارد که وابستگی ما به سوخت های فسیلی را کاهش دهد و به سمت آینده ای پاک تر، پایدارتر و مقرون به صرفه تر حرکت کند.
این وعده ها نادیده گرفتن بسیاری از چالش ها و خطرات موجود را بسیار آسان می کند.
این خواهش من از بازیگران کلیدی اقتصادی و انرژی است: لطفا بیایید یک نفس عمیق بکشیم، بنشینیم و یک لحظه به آن فکر کنیم.

محققان در بیانیه مطبوعاتی گفتند که کار با آب دریا گزینه اقتصادی تری خواهد بود، زیرا تصفیه آب گران، انرژی بر است و به پیچیدگی دستگاه ها می افزاید. علاوه بر این، آب شیرین طبیعی حاوی ناخالصی هایی است که برای فناوری مدرن مشکل ساز است، علاوه بر این که یک منبع محدود در کره زمین است.
علاوه بر توسعه یک سیستم غشایی آب دریا به هیدروژن، این تیم اشاره کرد که این مطالعه درک کلی بهتری از نحوه حرکت یون‌های آب دریا از طریق غشاها ارائه کرده است. این دانش را می توان در زمینه های دیگر مانند تولید گاز اکسیژن نیز به کار برد.
علاوه بر این، آنها گفتند که درک جریان یون و تبدیل در سیستم غشای دوقطبی برای تلاش برای تولید اکسیژن از طریق الکترولیز ضروری است و تیم نشان داد که غشای دوقطبی می‌تواند گاز اکسیژن همراه با تولید هیدروژن در آزمایش خود تولید کند.
هدف این تیم بهبود الکترودها و غشاها با استفاده از موادی است که به راحتی در دسترس هستند و به راحتی استخراج می شوند. این پیشرفت در طراحی می‌تواند مقیاس‌بندی سیستم الکترولیز را به اندازه‌ای که برای تولید هیدروژن برای فعالیت‌های انرژی‌بر مانند حمل و نقل ضروری است، بسیار ساده‌تر کند.

محصولات در تمام مناطق چین به فروش می رسد و به کشورهای سراسر جهان صادر می شود. آنها در بیش از 20 کشور و منطقه از جمله ایالات متحده، آلمان، مراکش، کنیا، عربستان سعودی، ویتنام، الجزایر، هند، تانزانیا و تایوان فروخته شده اند. با موفقیت شرکت های معروفی مانند هوافضای چین، پتروچاینا، گروه هسته ای چین، بی وای دی، جیولی تخصصی، تونی الکترونیک، گروه انرژی ژنگ و سایر شرکت های معروف را ارائه کرد. بسیاری از ایستگاه های هیدروژن هیدروژن هیدروژن سبز مانند Wulanchabu، Haikou، Hainan، Hainan Haikou، Yunnan Kunming و غیره پروژه های سبز و هیدروژن سازی را ارائه می دهند.