Znanstvenici su razvili sustav koji može proizvesti zeleni vodik izravno iz morske vode bez potrebe za bilo kakvim procesima prethodne obrade poput desalinizacije, piše The Chemical Engineer. Tim koji stoji iza razvoja, koji uključuje uvođenje sloja Lewisove kiseline na katalizator oksid prijelaznog metala, kaže da metoda pokazuje veliki potencijal za komercijalnu primjenu.
Više od 97% vode na Zemljinoj površini je slana voda u oceanima, 2% je pohranjeno kao slatka voda u ledenim kapama, ledenjacima i snijegom prekrivenim planinskim lancima, a samo 1% je dostupno za naše dnevne potrebe za opskrbom vodom. Slana voda može se pretvoriti u pitku vodu procesom koji se naziva desalinizacija, tehnikom na koju se oslanjaju neka područja diljem svijeta za proizvodnju svježe vode za ljudsku potrošnju te za kućnu i industrijsku upotrebu. Ali desalinizacija je proces koji zahtijeva energiju, a što je još gore, često se pokreće iz izvora energije koji su neodrživi.
Rastavljanje vode na sastavne dijelove također je dobro poznato. Proces poznat kao elektroliza koristi istosmjernu struju između dvije elektrode uronjene u elektrolit za razdvajanje vode na vodik i kisik. Na katodi, odnosno negativnoj elektrodi, nastaje vodik, a na pozitivnoj elektrodi, odnosno anodi, kisik. Budući da mješavina plinova može eksplodirati, većina elektrolizera odvaja anodu i katodu debelom, poroznom plastičnom folijom, a metalni katalizatori poput nikla i željeza koriste se za ubrzavanje reakcija.
Spajanje oba ova procesa zajedno – desalinizacija morske vode, a zatim njezino razdvajanje za stvaranje vodika, dugo je hvaljeno kao jedno od najboljih rješenja za dobivanje čistog i pristupačnog goriva za energiju, koje bi zauzvrat moglo pokretati sve, od gradske električne energije do proizvodnje čelika, proizvodnju gnojiva, pa čak i kao gorivo za zrakoplove – popis potencijalnih upotreba je dugačak.
Međutim, jedan od razloga zašto već ne koristimo vodikovo gorivo za let oko svijeta je taj što slana voda i druge nečistoće nagrizaju elektrode, skraćujući im vijek trajanja. Budući da su te komponente obično izrađene od rijetkih metala kao što je platina, njihova je zamjena previše koštala. Kloridni ioni u morskoj vodi također predstavljaju problem, a reakcije elektrooksidacije klora (ClOR) natječu se s reakcijom oslobađanja kisika (OER) na anodi tijekom elektrolize.
Ova reakcija rezultira oslobađanjem toksičnih i korozivnih vrsta klora kao što je hipoklorit. Hipoklorit je relativno nestabilan, može otpustiti otrovni plin klora kada se pomiješa s amonijakom ili kiselinom, a također može izjesti nehrđajući čelik. Kako bi se to zaobišlo, morska bi se voda mogla desalinizirati i pročistiti prije obrade, ali ni to nije uvijek financijski isplativo. Druga je mogućnost premazati elektrode polianionima kako bi se spriječila korozija, ali i to može biti skupo.
Sloj Lewisove kiseline na katalizatoru metalnog oksida
Znanstvenici koji rade na problemu sada su pronašli drugo rješenje koristeći jeftinije materijale. Umjesto upotrebe katalizatora napravljenih od rijetkih plemenitih metala za dinamičko razdvajanje molekula vode i hvatanje hidroksilnih aniona, tim je uveo sloj Lewisove kiseline (kromov oksid) na katalizatoru oksida prijelaznog metala, koji potiče cijepanje vode na H i OH . “Ovo je opća strategija koja se može primijeniti na različite katalizatore bez potrebe za posebno projektiranim katalizatorima i dizajnom elektrolizera”, pišu autori u svom istraživačkom radu.
Zarobljeni hidroksilni anioni mogu se zatim oksidirati u molekule kisika s anodnim potencijalom, a kako proces proizvodi velike količine OH − , smanjuje se količina Cl − koja nastaje. “Ovi rezultati pokazuju da se štetna kemija Cl – u izravnoj elektrolizi morske vode doista može izbjeći preferencijalnim obogaćivanjem OH – na površini elektrode”, pišu autori.
Osim toga, tim je samo filtrirao morsku vodu kako bi uklonio krutine i mikroorganizme, ali je nije prethodno pročistio, što je korak koji je inače potreban kada se koriste konvencionalni elektrolizeri.
“Učinak komercijalnog elektrolizatora s našim katalizatorima koji rade u morskoj vodi sličan je učinku platina/iridij katalizatora koji rade u sirovini visoko pročišćene deionizirane vode”, objašnjava koautor Yao Zheng sa Sveučilišta u Adelaideu, dodajući da je eksperiment gotovo 100% učinkovit kada proizvodi zeleni vodik iz cijepanja morske vode. Kao takva mogla bi pomoći u negiranju potrebe za korištenjem slatke vode – robe koja je već rijetka.
Tim se nada da će povećati svoj projekt za komercijalnu proizvodnju u sintezi amonijaka i za proizvodnju vodikovih gorivih ćelija.
Izvor teksta: thechemicalengineer.com
Izvor slike: freepik.com