Sản xuất hydro từ nước biển

Nước biển, chiếm hơn 95% lượng nước trên Trái đất, có thể trở thành nguồn tài nguyên quan trọng trong sản xuất nhiên liệu hydro sạch bền vững bằng cách sử dụng các chất xúc tác tách nước do nhóm do KAUST dẫn đầu phát triển.

Việc tách nước có thể là một phương pháp hấp dẫn để trung hòa lượng carbon, đặc biệt khi kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Quá trình tách nước liên quan đến sự phân hủy nước trong pin điện hóa để tạo ra hydro ở cực âm trong khi tạo ra oxy ở cực dương dưới điện áp đặt vào. Tuy nhiên, các chất xúc tác tiến hóa hydro và oxy hoạt động tốt trong nước ngọt lại kém hiệu quả hơn trong nước biển do có nhiều ion có thể thúc đẩy các phản ứng không mong muốn và gây độc cho chất xúc tác.

Các ion clorua có tính ăn mòn cao có trong nước biển trải qua các phản ứng phức tạp cạnh tranh với sự phát triển oxy và tạo ra các hợp chất có hại, chẳng hạn như hypochlorite. Do việc sản xuất hydro phụ thuộc vào các phản ứng ổn định và hiệu quả ở cả hai điện cực nên các ion này là thách thức lớn đối với việc phân tách nước biển.

Chemis giải thích rằng sự hình thành hypochlorite có thể xảy ra vì nó đòi hỏi điện áp hoạt động thấp hơn để đáp ứng nhu cầu công nghiệp so với phản ứng tạo ra oxy.

Một cách để giải quyết vấn đề này là thiết kế các chất xúc tác anode chọn lọc với yêu cầu điện áp thấp hơn. Chất xúc tác cực dương đơn lớp niken–iridium cho thấy hiệu suất và độ ổn định được nâng cao trong nước biển nhờ tác dụng hiệp đồng giữa các thành phần kim loại của nó.

Nhóm đã nghĩ ra một phương pháp cung cấp chất xúc tác điện tiến hóa hydro ổn định và hiệu quả cao để phân tách nước biển. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các lò phản ứng hình khối nhỏ, trong đó chất xúc tác được bọc trong lớp vỏ bảo vệ molypden sulfide. Lõi xúc tác bao gồm hợp chất hoạt tính oxi hóa khử dựa trên molypden được hỗ trợ bằng carbon và có cấu trúc xốp nano có trật tự giống như zeolit.
Bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận dựa trên khung hữu cơ kim loại, các nhà nghiên cứu đã kết hợp các tiền chất phức hợp kim loại với chất liên kết imidazole với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt để tạo ra các khối kẽm-molypden giống zeolit. Họ trộn các cấu trúc thu được với thioacetamide trong ethanol trong điều kiện hồi lưu để tạo thành pha molypden oxit khối được giới hạn trong một lớp vỏ kẽm sunfua mỏng.

Tiếp theo, họ chuyển đổi pha lập phương về mặt hóa học thành hợp chất hoạt tính oxi hóa khử được bọc trong molybdenum sulfide mong muốn ở nhiệt độ cao trước khi ăn mòn có chọn lọc lớp ngoài kẽm sulfua để tạo ra lò phản ứng nano.

Các lò phản ứng nano thể hiện hoạt tính xúc tác điện cao và ổn định trong cả nước ngọt và nước biển. “Hoạt động đáng chú ý và sự ổn định là do cấu trúc độc đáo của chúng.”

Lõi hiển thị nhiều vị trí hoạt động giúp tăng cường sản xuất hydro và lớp vỏ có một số khiếm khuyết bên trong các lớp của nó, đặc biệt là các lỗ có kích thước dưới nanomet cho phép các phân tử nước thẩm thấu và tiếp cận các vị trí hoạt động bên trong.

Hoạt động như một dây xích, lớp vỏ cũng chặn và ngăn muối lắng đọng trên các vị trí hoạt động.
Kiến trúc phân cấp của lò phản ứng nano tách biệt quá trình điện phân khỏi các phản ứng phụ. “Tương tự như một ngôi nhà thông minh, phản ứng chính xảy ra trong phòng trong khi phản ứng phụ xảy ra ở sân sau.”

Dù bạn có tin hay không, nước biển là nguồn nhiên liệu tuyệt vời. Đó là bởi vì nước biển chứa hỗn hợp các nguyên tố như hydro, oxy, natri và các nguyên tố khác, tất cả đều cần thiết cho sự sống trên Trái đất phát triển. Phần nhiên liệu ở đây được lấy từ hydro có trong nước biển. Thật không may, việc tách khí hydro ra khỏi các nguyên tố còn lại là một thách thức khá lớn, ít nhất là cho đến nay.

Thiết bị này tạo ra thứ tương đương với nhiên liệu nước biển bằng cách bơm nước biển vào hệ thống phễu dẫn nước qua hệ thống lọc màng kép. Hệ thống này cũng sử dụng điện để tách hydro ra khỏi nước biển một cách hiệu quả, tách nó ra khỏi các nguyên tố khác có trong đại dương của chúng ta một cách hiệu quả. Kết quả của nghiên cứu mới này cho thấy nó có thể giúp thúc đẩy những nỗ lực mới nhằm sản xuất nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp.

Lợi ích lớn nhất ở đây là hệ thống không tạo ra nhiều sản phẩm phụ có hại như họ đã thấy ở các hệ thống khác. Hầu hết các hệ thống chuyển nước thành hydro hiện nay đều sử dụng màng một lớp. Tuy nhiên, lần này các nhà nghiên cứu đã ghép hai lớp lại với nhau và nó cho thấy cách tốt hơn để kiểm soát cách các ion trong nước biển di chuyển trong thí nghiệm, khiến thí nghiệm hiệu quả hơn.

Khả năng tạo ra nhiên liệu hydro bằng nước biển sẽ tỏ ra hữu ích vì đây là loại nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp, hiện được sử dụng để chạy các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu và thậm chí còn hoạt động như một phương án lưu trữ lâu dài cho lưới điện. Những nỗ lực trước đây nhằm tạo ra khí hydro cần có nước ngọt hoặc nước đã khử muối, và mặc dù chúng ta đã thấy các hệ thống khử muối trong nước thành công nhưng nó lại đắt hơn và tốn nhiều năng lượng hơn.
Đó là bởi vì việc lọc nước trước khi sử dụng đòi hỏi các hệ thống đắt tiền cũng như năng lượng và thậm chí làm tăng độ phức tạp của thiết bị, trong khi một thiết bị có thể sử dụng nước biển để tạo ra nhiên liệu hydro sẽ không cần những bộ phận bổ sung đó.

Sản xuất hydro từ nước biển nghe có vẻ như một giấc mơ trở thành hiện thực!
Nó rất phong phú, miễn phí và dễ dàng.
Nước biển là nguồn nguyên liệu thô gần như vô tận và không có ai ở đây lập hoá đơn cho nó. Bất cứ ai cũng có thể nhận được một thùng đầy miễn phí.
Những người chơi chủ chốt trong ngành chắc chắn sẽ yêu thích ý tưởng này.
Quá trình chiết xuất hydro rất dễ dàng. Nước biển chứa một lượng lớn khí hydro hòa tan. Cần phải có một quá trình điện phân đơn giản để chiết xuất nó - chúng tôi thậm chí đã làm điều đó khi còn là thanh thiếu niên trong lớp vật lý!

Đây là cách nó làm việc
Nó là tự nhiên, có thể lưu trữ và an toàn
Nước biển được coi là nguồn năng lượng tái tạo có thể giúp giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào năng lượng hóa thạch. Và quá trình khai thác không tạo ra lượng khí thải carbon.

Hydro có thể được lưu trữ
Hydro lưu trữ có thể được sử dụng để tạo ra điện hoặc cung cấp năng lượng cho các phương tiện giao thông một cách chính xác khi cần thiết.
Nó bù đắp cho sự gián đoạn của các nguồn năng lượng tái tạo khác – những ngày mưa hoặc không có gió. Nó hoàn hảo cho những khu vực có nguồn nước biển lớn nhưng có ít nguồn năng lượng thông thường.
Nó có thể giúp giảm hiện tượng nóng lên toàn cầu, đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

Dễ dàng thực sự
Quá trình này tiêu tốn nhiều năng lượng: Việc chiết xuất hydro từ nước biển đòi hỏi một lượng năng lượng cao và hiệu suất tổng thể khá thấp.
Chi phí sản xuất tốn kém: Xây dựng cơ sở hạ tầng đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu rất cao. Việc bảo trì cũng rất quan trọng vì hàm lượng muối trong nước biển có thể gây ăn mòn và các vấn đề kỹ thuật khác.
Vị trí rất hiếm: Những vị trí này cần xem xét độ sâu và chất lượng nước cũng như khoảng cách gần với các nguồn năng lượng. Không phải vùng nào cũng thích hợp để sản xuất hydro từ nước biển!
Và cuối cùng, nó không an toàn như bạn nghĩ!

Quá trình giải phóng khí clo.
Khí này kết hợp với các nguyên tố tự nhiên khác và tạo thành dioxin gây ô nhiễm nước, làm ô nhiễm cá và truyền sang người và các động vật lớn hơn ăn cá.

Bạn có muốn một số ví dụ Nó kết hợp với
Water =>axit clohydric, tác dụng độc cấp tính đối với mọi dạng sống.
Hydrogen =>khí hydro clorua, hợp chất dễ nổ
Acetylene, một loại khí có thể được tạo ra bởi một số sinh vật biển như vi khuẩn và một số loài tảo. Nó kết hợp thành dichloroethane, một hợp chất có khả năng nổ cao.

Ether, lượng vết trong một số loài tảo. Nó kết hợp thành chloroacetaldehyde, một hợp chất gây ung thư có độc tính cao.
Amoniac, thường được tạo ra bởi các sinh vật biển. Nó kết hợp thành chloramines, một chất gây kích ứng đường hô hấp có độc tính cao.
Một sự đổi mới đầy hứa hẹn với tiềm năng cách mạng hóa lĩnh vực năng lượng sạch
Sản xuất hydro từ nước biển có thể tạo ra sự khác biệt lớn và giúp giải quyết tình trạng nóng lên toàn cầu theo cách bền vững hơn.
Nó cũng có khả năng làm giảm sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới một tương lai sạch hơn, bền vững hơn và giá cả phải chăng hơn.
Những lời hứa này khiến chúng ta dễ dàng bỏ qua nhiều thách thức và rủi ro liên quan.
Đây là lời cầu xin của tôi đối với những người đóng vai trò chủ chốt trong lĩnh vực kinh tế và năng lượng: Hãy hít một hơi thật sâu, ngồi lại và suy nghĩ về điều đó một lát.

Các nhà nghiên cứu cho biết trong thông cáo báo chí rằng làm việc với nước biển sẽ là một lựa chọn kinh tế hơn vì việc lọc nước rất tốn kém, tốn nhiều năng lượng và tăng thêm độ phức tạp cho các thiết bị. Hơn nữa, nước ngọt tự nhiên chứa các tạp chất gây khó khăn cho công nghệ hiện đại, ngoài ra còn là nguồn tài nguyên hạn chế trên hành tinh.
Ngoài việc phát triển hệ thống màng chuyển nước biển thành hydro, nhóm nghiên cứu còn lưu ý rằng nghiên cứu này đã mang lại sự hiểu biết tổng thể tốt hơn về cách các ion nước biển di chuyển qua màng. Kiến thức này có thể được áp dụng cho các lĩnh vực khác, chẳng hạn như sản xuất khí oxy.
Hơn nữa, họ cho biết sự hiểu biết về dòng ion và sự chuyển đổi trong hệ thống màng lưỡng cực là điều cần thiết cho nỗ lực tạo ra oxy thông qua quá trình điện phân, và nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng màng lưỡng cực có thể tạo ra khí oxy cùng với việc sản xuất hydro trong thí nghiệm của họ.
Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu cải thiện các điện cực và màng bằng cách sử dụng các vật liệu sẵn có và dễ dàng chiết xuất hơn. Sự cải tiến về thiết kế này có thể giúp việc mở rộng hệ thống điện phân đến kích thước cần thiết để tạo ra hydro cho các hoạt động sử dụng nhiều năng lượng như vận chuyển trở nên đơn giản hơn nhiều.

Sản phẩm được bán ở mọi vùng của Trung Quốc và xuất khẩu sang các nước trên thế giới. Chúng đã được bán ở hơn 20 quốc gia và khu vực bao gồm Hoa Kỳ, Đức, Maroc, Kenya, Ả Rập Saudi, Việt Nam, Algeria, Ấn Độ, Tanzania và Đài Loan. Cung cấp thành công cho các doanh nghiệp nổi tiếng như China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group và các doanh nghiệp nổi tiếng khác. Có nhiều trạm hydro hóa hydro xanh như Wulanchabu, Hải Khẩu, Hải Nam, Hải Nam Hải Khẩu, Vân Nam Côn Minh, v.v. cung cấp các dự án sản xuất hydro và xanh.