Med faldet i prisen på vedvarende energi er der en stigende interesse for at finde måder at spare den på økonomisk. Batterier kan håndtere kortvarige stigninger i produktionen, men er muligvis ikke i stand til at håndtere langsigtede mangler eller sæsonmæssige variationer i elproduktionen. Brint er en af flere overvejelser, der har potentialet til at fungere som en langsigtet bro mellem perioder med høj produktivitet af vedvarende energi.
Men brint har sine egne problemer. At skaffe det ved at spalte vand er ret ineffektivt ud fra et energimæssigt synspunkt, og det kan være svært at opbevare det i lange perioder. De fleste brintproducerende katalysatorer fungerer også bedst med rent vand - ikke nødvendigvis den slags, der er let tilgængelig, da klimaændringer øger intensiteten af tørke.
En gruppe forskere i Kina har udviklet en enhed, der kan producere brint fra havvand - faktisk skal den være i havvand, for at enheden kan fungere. Nøglekonceptet bag hans arbejde vil være bekendt for alle, der forstår, hvordan det meste vandtætte tøj fungerer.
Vandtæt, åndbart tøj er afhængig af en membran med omhyggeligt strukturerede porer. Membranen er lavet af materiale, der afviser vand. Den har porer, men de er for små til at slippe flydende vand igennem. Men de er store nok til, at individuelle vandmolekyler kan passere gennem dem. Som følge heraf forbliver alt vand på ydersiden af tøjet der, men sved på indersiden, der fordamper, vil stadig strømme gennem stoffet og finde vej til omverdenen. Som følge heraf ånder stoffet.
En sådan membran er central for den nye enheds funktion. Det passerer ikke flydende vand gennem membranen, men det passerer vanddamp. Den store forskel er, at det flydende vand er på begge sider af membranen.
Udenfor - havvand med et standard sæt af salte. Indeni er en koncentreret opløsning af et enkelt salt - i dette tilfælde kaliumhydroxid (KOH) - som er kompatibel med elektrolyseprocessen, der producerer brint. Nedsænket i KOH-opløsningen er et sæt elektroder, der producerer brint og oxygen på begge sider af separatoren, og holder gasstrømmene rene.
Hvad sker der, efter at udstyret begynder at virke? Da vandet inde i enheden deler sig for at producere brint og ilt, øger den reducerede vandstand koncentrationen af den kaustiske saltopløsning (som oprindeligt var meget mere koncentreret end havvand). Dette gør det energieffektivt at flytte vand gennem havvandsmembranen for at fortynde KOH. Og takket være porerne er dette muligt, men kun hvis vandet bevæger sig i form af damp.
Som et resultat, mens vandet er inde i membranen, forbliver vandet i en damptilstand i kort tid og bliver derefter hurtigt til en væske, så snart det kommer ind i enheden. Al den komplekse blanding af salte indeholdt i havvand forbliver uden for membranen, og en konstant strøm af ferskvand leveres til elektroderne, der splitter det. Det er vigtigt, at alt dette sker uden at bruge den energi, der normalt bruges til afsaltning, hvilket gør den overordnede proces mere energieffektiv end at behandle vand til brug i en standard elektrolysator.
I princippet lyder det hele fantastisk, men virker det rent faktisk? For at finde ud af det samlede holdet enheden og testede den i havvandet i Shenzhen-bugten (en bugt nord for Hong Kong og Macau). Og med næsten enhver rimelig målestok klarede den sig godt.
Det bibeholdt ydeevnen selv efter 3200 timers brug, og elektronmikroskopi af membranen efter brug viste, at porerne forblev ublokerede på dette stadium. Den KOH, der blev brugt til systemet, var ikke helt ren, så den indeholdt lave niveauer af ioner fundet i havvand. Men disse niveauer steg ikke over tid, hvilket bekræfter, at systemet ikke tillod havvand at komme ind i elektrolysekammeret. Med hensyn til energiforbrug brugte systemet omtrent det samme som en standard elektrolysator, hvilket bekræfter, at vandbehandlingen ikke krævede energiforbrug.
KOH-opløsningen var også selvbalancerende, idet vanddiffusion ind i enheden blev langsommere, hvis dens indre opløsning blev for fortyndet. Hvis det bliver for koncentreret, falder effektiviteten af elektrolysen, så fjernelse af vand går langsommere.
Forfatterne vurderer, at deres apparat kan fungere under havvandstryk på dybder på op til 75 m. Temperaturen på disse dybder kan dog være begrænsende, da vanddiffusionshastigheden gennem membranen er seks gange højere ved 30°C end ved 0 °C.
Selv med alle disse gode nyheder, er der muligheder for at forbedre ydeevnen. Forskellige andre salte end KOH er fine, og nogle kan virke bedre. Forskerne fandt også ud af, at inkorporering af KOH i hydrogelen omkring elektroderne øgede brintproduktionen. Endelig er det muligt, at ændring af materialet eller strukturen af de elektroder, der anvendes til vandopdeling, kan fremskynde processen yderligere.
Endelig foreslog holdet, at det kunne være nyttigt til mere end blot brintproduktion. I stedet for havvand nedsænkede de en af enhederne i en fortyndet opløsning af lithium og fandt ud af, at efter 200 timers drift steg koncentrationen af lithium mere end 40 gange på grund af vandet, der kom ind i enheden. Der er mange andre sammenhænge, såsom behandling af forurenet vand, hvor denne evne til at koncentrere sig kan være nyttig.
Dette løser ikke alle de problemer, der er forbundet med brugen af brint som energilager. Men det har bestemt potentialet til at give os mulighed for at krydse "behovet for rent vand" fra listen over disse problemer.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere, den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Også interessant:
Giv en kommentar