Waterstofproductie uit zeewater

Zeewater, dat meer dan 95% van het water op aarde omvat, zou een sleutelhulpbron kunnen worden in de duurzame productie van schone waterstofbrandstof met behulp van watersplitsende katalysatoren ontwikkeld door een team onder leiding van KAUST.

Watersplitsing zou een aantrekkelijke manier kunnen zijn om CO2-neutraal te worden, vooral in combinatie met hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie. Watersplitsing omvat de afbraak van water in een elektrochemische cel om waterstof aan de kathode te produceren, terwijl zuurstof aan de anode wordt gegenereerd onder aangelegde spanning. Toch worden katalysatoren voor de ontwikkeling van waterstof en zuurstof die goed presteren in zoet water minder effectief in zeewater vanwege de overvloedige ionen die ongewenste reacties kunnen bevorderen en katalysatoren kunnen vergiftigen.

De zeer corrosieve chloride-ionen die in zeewater aanwezig zijn, ondergaan complexe reacties die concurreren met de zuurstofontwikkeling en schadelijke verbindingen genereren, zoals hypochloriet. Omdat de waterstofproductie afhankelijk is van stabiele en efficiënte reacties aan beide elektroden, vormen deze ionen een grote uitdaging voor de splitsing van zeewater.

Chemist legt uit dat hypochlorietvorming kan optreden omdat het een lagere operationele spanning vereist om aan industriële behoeften te voldoen dan de zuurstofontwikkelingsreactie.

Eén manier om dit probleem aan te pakken is het ontwerpen van selectieve anodekatalysatoren met lagere spanningsvereisten. Een enkellaagse anodekatalysator uit nikkel-iridium vertoonde verbeterde prestaties en stabiliteit in zeewater dankzij synergetische effecten tussen de metaalcomponenten.

Het team heeft een aanpak bedacht die zeer efficiënte en stabiele elektrokatalysatoren voor waterstofontwikkeling biedt voor het splitsen van zeewater. De onderzoekers creëerden kleine kubusvormige reactoren, waarin de katalysator was ingekapseld in een beschermend omhulsel van molybdeensulfide. De katalysatorkern bestond uit een op koolstof ondersteunde redox-actieve verbinding op basis van molybdeen en had een zeolietachtige geordende nanoporeuze structuur.
Met behulp van een op metaalorganische raamwerken gebaseerde aanpak combineerden de onderzoekers metaalcomplexvoorlopers met de linker imidazol in de aanwezigheid van oppervlakteactieve stof om zeolietachtige zink-molybdeenkubussen te genereren. Ze mengden de resulterende structuren met thioaceetamide in ethanol onder reflux om een ​​kubieke molybdeenoxidefase te vormen, opgesloten in een dunne zinksulfideschil.

Vervolgens hebben ze de kubieke fase chemisch omgezet in de gewenste in molybdeensulfide ingekapselde redox-actieve verbinding bij hoge temperatuur voordat ze selectief de buitenlaag van zinksulfide etsen om de nanoreactoren op te leveren.

De nanoreactoren vertoonden een hoge elektrokatalytische activiteit en stabiliteit in zowel zoet water als zeewater. "De opmerkelijke activiteit en stabiliteit worden toegeschreven aan hun unieke structuur."

De kern vertoonde talloze actieve locaties die de waterstofproductie stimuleerden en de schil vertoonde verschillende defecten in de lagen, vooral gaten van subnanometergrootte waardoor watermoleculen konden doordringen en toegang kregen tot de interne actieve locaties.

De schaal fungeerde als maliënkolder en blokkeerde en voorkwam dat zouten zich op de actieve plaatsen afzetten.
De hiërarchische architectuur van de nanoreactor isoleert de elektrolyse van nevenreacties. "Net als bij een slim huis vindt de hoofdreactie plaats in de kamers, terwijl nevenreacties plaatsvinden in de achtertuin."

Geloof het of niet, zeewater is een uitstekende basis voor brandstof. Dat komt omdat zeewater een cocktail van elementen bevat zoals waterstof, zuurstof, natrium en andere, die allemaal essentieel zijn voor het gedijen van het leven op aarde. Het brandstofgedeelte hier is afkomstig van de waterstof die in zeewater wordt aangetroffen. Helaas is het tot nu toe een behoorlijke uitdaging geweest om het waterstofgas uit de overige elementen te halen.

Het apparaat maakt wat overeenkomt met zeewaterbrandstof door zeewater in een trechtersysteem te injecteren dat het door een dubbelmembraanfiltratiesysteem drijft. Dit systeem maakt ook gebruik van elektriciteit om met succes waterstof uit het zeewater te halen, waardoor het effectief wordt gescheiden van de andere elementen in onze oceanen. De resultaten van dit nieuwe onderzoek laten zien dat het zou kunnen bijdragen aan nieuwe inspanningen om koolstofarme brandstoffen te produceren.

De grote overwinning hier was dat het systeem niet een heleboel schadelijke bijproducten creëerde, iets wat ze in andere systemen hebben gezien. De meeste huidige water-naar-waterstofsystemen maken gebruik van een enkellaags membraan. Deze keer brachten de onderzoekers echter twee lagen samen, en het toonde een betere manier om de manier te controleren waarop ionen in zeewater binnen het experiment bewogen, waardoor het effectiever werd.

Het zou nuttig kunnen zijn om waterstofbrandstof te maken met behulp van zeewater, omdat het een koolstofarme brandstof is, die momenteel wordt gebruikt voor elektrische voertuigen met brandstofcellen, en zelfs werkt als een optie voor langdurige opslag van energienetwerken. Bij eerdere pogingen om waterstofgas te maken is vers of ontzilt water nodig, en hoewel we succesvolle waterontziltingssystemen hebben gezien, is dit veel duurder en energie-intensiever.
Dat komt omdat het zuiveren van het water voordat je het gebruikt dure systemen, energie en zelfs extra complexiteit aan het apparaat vereist, terwijl een apparaat dat zeewater kan gebruiken om waterstofbrandstof te maken die extra onderdelen niet nodig zou hebben.

Waterstof produceren uit zeewater klinkt als een droom die uitkomt!
Het is overvloedig, gratis en gemakkelijk.
Zeewater is een vrijwel onbegrensde bron van grondstoffen, en er is niemand die dit in rekening kan brengen. Iedereen kan gratis een emmer vol krijgen.
De belangrijkste spelers in de sector zullen ongetwijfeld verliefd worden op het idee.
Het proces van het winnen van waterstof is eenvoudig. Zeewater bevat een grote hoeveelheid opgelost waterstofgas. Er is een eenvoudige elektrolyse voor nodig om het te extraheren – dat deden we zelfs als tieners in de natuurkundeles!

Hier is hoe het werkt
Het is natuurlijk, bewaarbaar en veilig
Zeewater wordt beschouwd als een hernieuwbare energiebron die onze afhankelijkheid van fossiele energie zou kunnen helpen verminderen. En het extractieproces genereert geen CO2-uitstoot.

Waterstof kan worden opgeslagen
Opgeslagen waterstof kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken of voertuigen aan te drijven precies wanneer dat nodig is.
Het compenseert de onderbrekingen van andere hernieuwbare energiebronnen – regenachtige of windstille dagen. Het is perfect voor regio's met toegang tot grote zeewatermassa's, maar met weinig conventionele energiebronnen.
Het kan de opwarming van de aarde helpen verminderen, de energiezekerheid garanderen en het milieu beschermen.

Makkelijk, eigenlijk
Het proces is energie-intensief: het winnen van waterstof uit zeewater vereist een grote hoeveelheid energie en de algehele efficiëntie is vrij laag.
De productie is duur: het bouwen van de infrastructuur vergt een zeer hoge initiële investering. Onderhoud is ook van cruciaal belang, omdat het zoutgehalte van zeewater corrosie en andere technische problemen kan veroorzaken.
De locaties zijn zeldzaam: bij deze locaties moet rekening worden gehouden met de waterdiepte en -kwaliteit, evenals met de nabijheid van energiebronnen. Niet alle regio’s zijn geschikt voor waterstofproductie uit zeewater!
En tot slot: het is niet zo veilig als je zou denken!

Bij dit proces komt chloorgas vrij.
Dit gas combineert met andere natuurlijke elementen en vormt dioxines die het water vervuilen, vissen besmetten en overgaan op mensen en grotere dieren die de vis eten.

Wil je enkele voorbeelden? Het combineert met
Water =>zoutzuur, acuut giftig effect op alle vormen van leven.
Hydrogen =>waterstofchloridegas, zeer explosieve verbinding
Acetyleen, een gas dat kan worden geproduceerd door sommige mariene organismen, zoals bacteriën en bepaalde algensoorten. Het combineert tot dichloorethaan, een zeer explosieve verbinding.

Ether, sporenhoeveelheden in bepaalde algensoorten. Het combineert tot chlooracetaldehyde, een zeer giftige, kankerverwekkende verbinding.
Ammoniak, gewoonlijk geproduceerd door mariene organismen. Het combineert tot chlooramines, een zeer giftige irriterende stof voor de luchtwegen.
Een veelbelovende innovatie met het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de schone energiesector
De productie van waterstof uit zeewater kan een drastisch verschil maken en de opwarming van de aarde op een duurzamere manier helpen aanpakken.
Het heeft ook het potentieel om onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen te verminderen en te evolueren naar een schonere, duurzamere en betaalbare toekomst.
Deze beloften maken het maar al te gemakkelijk om de vele uitdagingen en risico's die ermee gepaard gaan over het hoofd te zien.
Dit is mijn pleidooi aan de belangrijkste spelers op het gebied van de economie en energie: laten we alsjeblieft diep ademhalen, achterover leunen en er even over nadenken.

De onderzoekers zeiden in het persbericht dat het werken met zeewater een economischere optie zou zijn, omdat het zuiveren van water duur en energie-intensief is en de apparaten ingewikkelder maakt. Bovendien bevat natuurlijk zoetwater onzuiverheden die problematisch zijn voor de moderne technologie, en bovendien een beperkte hulpbron op de planeet zijn.
Naast de ontwikkeling van een zeewater-naar-waterstofmembraansysteem merkte het team op dat de studie een beter algemeen inzicht had opgeleverd in hoe zeewaterionen door membranen bewegen. Deze kennis zou kunnen worden toegepast op andere gebieden, zoals de productie van zuurstofgas.
Bovendien zeiden ze dat het begrip van de ionenstroom en -conversie in het bipolaire membraansysteem essentieel is voor de poging om zuurstof te produceren door middel van elektrolyse, en het team toonde aan dat het bipolaire membraan in hun experiment naast de productie van waterstof ook zuurstofgas kon genereren.
Het team streeft ernaar de elektroden en membranen te verbeteren met behulp van gemakkelijker verkrijgbare en gemakkelijk te extraheren materialen. Deze verbetering in het ontwerp zou het opschalen van het elektrolysesysteem tot een omvang die nodig is voor het genereren van waterstof voor energie-intensieve activiteiten zoals transport veel eenvoudiger kunnen maken.

Producten worden verkocht in alle regio's van China en geëxporteerd naar landen over de hele wereld. Ze zijn verkocht in meer dan 20 landen en regio's, waaronder de Verenigde Staten, Duitsland, Marokko, Kenia, Saoedi-Arabië, Vietnam, Algerije, India, Tanzania en Taiwan. Met succes bekende ondernemingen geleverd zoals China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group en andere bekende ondernemingen. Er zijn veel groene waterstofhydrogeneringsstations zoals Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, enz. die groene en waterstofproductieprojecten bieden.