Pennsylvanian yliopiston tutkijaryhmän mukaan auringon, tuulen ja meren voimat voivat pian yhdistyä tuottamaan ympäristöystävällistä vetypolttoainetta. Tiimi integroi vedenpuhdistustekniikan uuteen kokeelliseen projektiin merivesielektrolysaattori, joka käyttää sähkövirtaa vedyn ja hapen erottamiseen vesimolekyyleistä.
Kappan ympäristötekniikan professorin Bruce Loganin ja Evan Pugh -yliopiston professorin mukaan tämä uusi "meriveden jakamismenetelmä" voisi helpottaa tuuli- ja aurinkoenergian muuntamista varastoitaviksi ja kannettaviksi polttoaineiksi.
"Vety on loistava polttoaine, mutta sinun on hankittava se", Logan sanoi. - Ainoa kestävä tapa tehdä tämä on käyttää uusiutuvaa energiaa ja tuottaa sitä vedestä. Sinun on myös käytettävä vettä, jota ihmiset eivät halua käyttää muihin tarkoituksiin, ja se olisi merivettä. Joten vedyn tuotannon Pyhän Graalin täytyi yhdistää merivesi, tuuli ja aurinkoenergia rannikko- ja meriympäristöissä."
Huolimatta meriveden runsaudesta, sitä ei yleensä käytetä veden erottamiseen. Jos vedestä ei poisteta suolaa ennen sen syöttämistä elektrolysaattoriin – kallis lisävaihe – meriveden kloori-ionit muuttuvat myrkyksi kloorikaasuksi, joka tuhoaa laitteet ja tihkuu ympäristöön.
Tämän estämiseksi tutkijat lisäsivät ohuen, puoliläpäisevän kalvon, joka oli alun perin suunniteltu puhdistamaan vettä käänteisosmoosikäsittelyssä (RO). Käänteisosmoosikalvo on korvannut elektrolyysaattoreissa yleisesti käytetyn ioninvaihtokalvon.
"Käänteisosmoosin ideana on, että asetat veteen todella korkean paineen, työnnät sen kalvon läpi ja pidät kloori-ionit takana", Logan sanoi.
Elektrolysaattorissa merivesi ei enää työnnä käänteisosmoosikalvon läpi, vaan se pidättää sen. Kalvoa käytetään erottamaan reaktiot, jotka tapahtuvat kahden upotetun elektrodin – positiivisesti varautuneen anodin ja negatiivisesti varautuneen katodin – lähellä, jotka on kytketty ulkoiseen virtalähteeseen. Kun virta kytketään päälle, vesimolekyylit alkavat halkeilla anodilla vapauttaen pieniä vetyioneja, joita kutsutaan protoneiksi ja muodostaen happikaasua. Protonit kulkevat sitten kalvon läpi ja yhdistyvät katodissa olevien elektronien kanssa muodostaen vetykaasua.
Käänteisosmoosikalvon ollessa asennettuna merivesi jää katodipuolelle ja kloori-ionit ovat liian suuria kulkeakseen kalvon läpi ja saavuttaakseen anodin, mikä estää kloorikaasun muodostumisen.
Mutta veden halkeamisessa, kuten Logan huomautti, muita suoloja liuotetaan tarkoituksella veteen, jotta se johtaisi. Ioninvaihtokalvo, joka suodattaa ioneja sähkövarauksella, päästää suola-ioneja kulkemaan sen läpi. Käänteisosmoosikalvoa ei ole.
Koska RO-kalvo rajoittaa suurempien ionien liikettä, tutkijoiden piti testata, olivatko huokosten läpi liikkuvat pienet protonit riittävät ylläpitämään korkeaa sähkövirtaa.
Koesarjassa tutkijat testasivat kahta kaupallisesti saatavilla olevaa käänteisosmoosikalvoa ja kahta kationinvaihtokalvoa, eräänlaista ioninvaihtokalvoa, joka mahdollistaa kaikkien positiivisesti varautuneiden ionien liikkumisen järjestelmässä. Jokaisesta niistä testattiin kalvon kestävyys ionien liikkeelle. Myös reaktioiden loppuun saattamiseen tarvittava energiamäärä laskettiin, kaasumaisen vedyn ja hapen muodostumista seurattiin, vuorovaikutusta kloori-ionien kanssa ja kalvovaurioita analysoitiin.
Tutkijat saivat äskettäin 300 000 dollarin apurahan National Science Foundationilta (NSF) jatkaakseen meriveden elektrolyysin tutkimusta. Logan toivoo, että heidän tutkimuksellaan on ratkaiseva rooli hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä maailmanlaajuisesti.
Lue myös:
- TSMC: vuonna 2021 julkaistaan testikopiot 3nm:n prosessoreista
- Painovoima aiheuttaa maailmankaikkeuden tasaisuuden