Што е производство на водород од морската вода? Зошто толку внимание? Кои се техничките тешкотии?

Зошто успехот на пилот тестот за производство на водород со директна електролиза на морската вода привлече толку големо внимание? Колку е тоа тешко? Кои се техничките тешкотии што треба да се надминат за да се произведе водород со електролиза на морска вода?

01

Производство на водород од морска вода

Производството на водород со електролиза на вода се смета за многу важна технологија за подготовка на зелен водород. Во моментов, комерцијализираната технологија за електролиза на вода користи свежа вода како електролит. Како што сите знаеме, глобалните ресурси на свежа вода се екстремно ограничени, со голема примена на хидроелектрична енергија за производство на водород, што несомнено го влошува недостигот на ресурси на свежа вода. Спротивно на тоа, морската вода е богата со ресурси, што ја раѓа идејата за „производство на водород од морска вода“.

За разлика од слатката вода, која сочинува 96,5 отсто од вкупниот волумен на вода на Земјата, морската вода има комплексен состав кој вклучува повеќе од 90 хемикалии и елементи. Голем број на јони, микроорганизми и честички содржани во морската вода може да доведат до проблеми како конкуренција на странични реакции, инактивација на катализаторот и блокада на дијафрагмата за време на производството на водород.

За таа цел, технологијата за производство на водород со користење на морска вода како суровини формираше две различни правци. Прво, директното производство на водород од морска вода, односно врз основа на природна морска вода, главно се произведува со електролиза или фотолиза. Второ, индиректното производство на водород на морската вода е да се десалинизира и да се отстранат нечистотиите од морската вода, да се десалинизира морската вода за да се формира прво свежа вода со висока чистота, а потоа да се произведе водород.

02

Две главни предности

Префрлани платформи за производство на водород може да се користат како долгорочно складирање на енергија или производствени локации за фини хемикалии, што овозможува зелената енергија тесно да се интегрира со системи за хемиско производство.

Платформата за производство на водород преку брегот може да го реши проблемот со потрошувачката на далекусежна морска обновлива електрична енергија, а употребата на обновлива електрична енергија за производство на водород и зелен амонијак на лице место може да стане главен метод на примена на далекусежна обновлива морска енергија во иднината.

03

Техничка тешкотија

Техничка тешкотија 1: Многу нечистотии во морската вода влијаат на појавата на катодна еволуција на водород

Во процесот на електролитичка вода, H2 се таложи од катодата, за реакцијата на еволуцијата на водородот на катодата, најпредизвикувачкиот проблем е што постојат различни растворени катјони во природната морска вода, како што се Na+, Mg2+, Ca2+ итн. има различни бактерии, микроорганизми и ситни честички.

Овие нечистотии ќе ја затнат електродата со напредокот на електролизата на морската вода, а потоа ќе го отрујат или забрзаат стареењето на електродата/катализаторот во електролитичкиот систем, што ќе резултира со слаба издржливост.

Техничка тешкотија 2: хлоридните јони предизвикуваат анодна корозија и влијаат на реакцијата на еволуција на анодна кислород

Во процесот на електролиза на водата, О2 обично се таложи од анодата. Сепак, присуството на голем број на хлоридни јони (Cl-) во морската вода ќе предизвика сериозна корозија на анодниот материјал, што ќе доведе до оштетување на електродата и висок напон, со што ќе заврши ефикасната реакција на еволуција на кислородот. Покрај тоа, високата концентрација на јони на хлорид ќе се појави и во реакцијата на оксидација на анодна хлор, окупирајќи го активното место на катализаторот, со што ќе се намали ефикасноста на реакцијата на еволуција на анодата на кислородот.

Техничка тешкотија 3: Натпревар помеѓу реакција на еволуција на анодна кислород и реакција на хлорирање на кислород

Во процесот на електролиза на морската вода, анодата ќе претрпи две реакции, и тоа: реакција на еволуција на кислород (OER) и реакција на хлорирање на кислород (ClOR). Реакција на еволуција на кислород: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1,23V (наспроти RHE)

Реакција на оксидација на хлор: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71V (наспроти RHE)

Може да се види дека E0 од двете е слична, што ќе произведе конкурентна врска, што во голема мера го ограничува работниот напон на електролизаторот. Дополнително, и ClOR реакцијата и формирањето на хипохлорит се реакции со два електрони, а ClOR реакцијата е полесна за кинетичка изведба од OER реакцијата со четири електрони, така што надпотенцијалот OER обично се забележува дека е поголем од оној на ClOR.

04

Статус на истражување

Во моментов, производството на водород од морска вода е сè уште во рана фаза на истражување и тестирање, и сè уште се соочува со многу предизвици, но истражувањето и развојот на производството на водород од електролиза на морска вода постигна одреден напредок. Во 2022 година, тимот на академик Кси Хепинг направи голем оригинален пробив на полето на директно производство на водород од морска вода и иновативно воспостави нов принцип и технологија за директно производство на водород од морска вода без десалинизација поттикната од фазната транзиција и миграцијата. Постојат многу демонстративни проекти за производство на водород од морска вода дома и во странство, но тие сè уште се пилоти од мал обем, а повеќето од нив се во изградба или предложени.

Иако производството на водород со електролиза на морска вода има долг пат да помине од мали и пилот тестови до финалната индустриска широка примена. Сепак, ние веруваме дека во патеката на водородната енергија на трилиони нивоа, доколку оваа технологија евентуално се примени, ќе го остави најдлабокото мастило на патот на „декарбонизацијата“!