با وارد کردن یک لایه اسیدی بر روی کاتالیزورها، می‌توان از آب بزرگترین مخزن زمین – اقیانوس – برای تولید سوخت هیدروژنی استفاده کرد.
محققان دانشگاه تیانجین و دانشگاه نانکای در چین، دانشگاه آدلاید در استرالیا و دانشگاه ایالتی کنت در ایالات متحده یافته‌های خود در این زمینه را به تازگی منتشر کرده‌اند.
الکترولیز مستقیم آب دریا بدون فرآیند تصفیه و افزودنی‌های شیمیایی بسیار جذاب است و حدود ۴۰ سال مورد بررسی قرار گرفته است، اما چالش‌های کلیدی این فناوری هم در مهندسی کاتالیزور و هم در طراحی دستگاه باقی مانده است.
در این کار، الکترولیز مستقیم آب دریا را نشان داده شده که قلیایی و اسیدی نشده و فقط برای حذف مواد جامد و میکروارگانیسم‌ها فیلتر شده است.
هیدروژن به عنوان سوخت نهایی و غیر آلاینده و وسیله ذخیره انرژی در آینده در نظر گرفته می‌شود. برای تولید هیدروژن، آب با استفاده از الکتریسیته در فرآیندی به نام الکترولیز به اکسیژن و هیدروژن تقسیم می‌شود.
طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، تقاضای هیدروژن در سال ۲۰۲۱ به ۹۴ میلیون تن رسید که حدود ۲٫۵ درصد از مصرف جهانی انرژی را نشان می‌دهد. چین در آن سال بزرگترین مصرف کننده هیدروژن در جهان بود و پس از آن ایالات متحده و خاورمیانه قرار داشتند.
دانشمندان در این مقاله نوشتند که فناوری‌های موجود به آب با خلوص بالا – به ویژه آب شیرین – نیاز دارند، زیرا کیفیت پایین آب می‌تواند کاتالیزورهای نجیب را مسموم کند و منجر به شکست پشته الکترولیز شود.
اما استفاده از مقادیر زیادی آب شیرین برای تولید هیدروژن می تواند کمبود آب را بدتر کند، بنابراین آنها به اقیانوس نگاه کردند، اقیانوسی که نزدیک به ۹۷ درصد از آب زمین را در اختیار دارد و “منبع تقریبا بی نهایت” است.
با این حال، تجزیه آب دریا آسان نیست زیرا حاوی غلظت بالایی از یون های مضر کلر است که می‌تواند کارایی الکترولیز را کاهش دهد و کاتالیزورها را به شدت فرسایش دهد.
آب دریا همچنین حاوی یون‌های با بار مثبت ناخواسته مانند یون‌های منیزیم و کلسیم است که جامدات عظیمی را تشکیل می‌دهند که نامحلول هستند و می‌توانند الکترود را مسدود کنند.
برای غلبه بر این چالش‌ها، این تیم یک لایه اسیدی روی سطح کاتالیزور معرفی کرده‌اند تا آب را شکافته و مقدار زیادی از یون‌های هیدروکسیل با بار منفی اطراف کاتالیزورها را جذب کند.
آنها دریافتند که به لطف هیدروکسید – که محیطی قلیایی با pH 14 ایجاد می کنند – تولید کلر در سطح کاتالیزور مهار شد و تشکیل جامدات نیز کاهش یافت.
برای این مطالعه، دانشمندان از آب دریای طبیعی جمع‌آوری‌شده از سطح دریای زرد در شمال شرقی چین استفاده و آن را برای حذف مواد جامد و میکروب‌ها قبل از آزمایش فیلتر کردند.
فناوری جدید با الکترولیزهای موجود که در حال حاضر از آب شیرین استفاده می‌کنند، سازگار است. این روش نیاز به خلوص آب را برای الکترولیزهای غشای تبادل پروتون، که در اروپا برای جداسازی هیدروژن تولید شده از اکسیژن موجود در آب که به استانداردهای پزشکی می رسد را کاهش می‌دهد.
این روش با استفاده از انواع دیگر آب از جمله آب لوله کشی، آب شیرین طبیعی و آب دیونیزه شده و همچنین سایر جنبه‌های شیمی مانند فوتوکاتالیز کاربرد دارد.
روش شامل استفاده از یک کاتالیزور برای تسریع واکنش‌های شیمیایی با جذب ذرات نور است که می‌تواند برای ذخیره انرژی، تصفیه هوا و تصفیه آب استفاده شود و این ظرفیت را دارد که در کشورهای دارای خطوط ساحلی طولانی از جمله استرالیا و چین استفاده شود.
گام بعدی، جستجوی یک شریک صنعتی برای عرضه این فناوری به بازار خواهد بود.
منبع: techchina