Шта је производња водоника из морске воде? Зашто толика пажња? Које су техничке потешкоће?

Зашто је успех пилот теста производње водоника директном електролизом морске воде привукао толику пажњу? Колико је то тешко? Које су техничке потешкоће које треба превазићи да би се произвео водоник електролизом морске воде?

01

Производња водоника из морске воде

Производња водоника електролизом воде сматра се веома важном технологијом припреме зеленог водоника. Тренутно, комерцијализована технологија електролизе воде користи слатку воду као електролит. Као што сви знамо, глобални ресурси слатке воде су изузетно ограничени, уз велику примену хидроелектричне енергије за производњу водоника, што несумњиво погоршава недостатак ресурса слатке воде. Насупрот томе, морска вода је богата ресурсима, што доводи до идеје о „производњи водоника у морској води“.

За разлику од слатке воде, која чини 96,5 одсто укупне запремине воде на Земљи, морска вода има сложен састав који укључује више од 90 хемикалија и елемената. Велики број јона, микроорганизама и честица садржаних у морској води може довести до проблема као што су бочна реакција конкуренције, инактивација катализатора и блокада дијафрагме током производње водоника.

У том циљу, технологија производње водоника користећи морску воду као сировину формирала је два различита пута. Прво, директна производња водоника из морске воде, односно на бази природне морске воде, углавном се производи електролизом или фотолизом. Друго, индиректна производња водоника из морске воде је десалинизација и уклањање нечистоћа из морске воде, десалинизација морске воде да би се прво формирала слатка вода високе чистоће, а затим производња водоника.

02

Две велике предности

Платформе за производњу водоника на мору могу се користити као дуготрајно складиштење енергије или производна места за фине хемикалије, омогућавајући зелену енергију да буде блиско интегрисана са системима за производњу хемикалија.

Платформа за производњу водоника на мору може да реши проблем потрошње далекосежне поморске обновљиве електричне енергије, а употреба обновљиве електричне енергије за производњу водоника и зеленог амонијака на лицу места може постати главни метод примене далекосежне морске обновљиве енергије у будућност.

03

Техничке потешкоће

Техничка потешкоћа 1: Многе нечистоће у морској води утичу на појаву еволуције катодног водоника

У процесу електролитичке воде, Х2 се таложи са катоде, за катодну реакцију еволуције водоника, најизазовнији проблем је што у природној морској води постоје различити растворени катјони, као што су На+, Мг2+, Ца2+, итд., поред тога, постоје разне бактерије, микроорганизми и ситне честице.

Ове нечистоће ће зачепити електроду са напретком електролизе морске воде, а затим отровати или убрзати старење електроде/катализатора у електролитичком систему, што резултира лошом издржљивошћу.

Техничка потешкоћа 2: хлоридни јони изазивају анодну корозију и утичу на реакцију анодне еволуције кисеоника

У процесу електролизе воде, О2 се обично таложи са аноде. Међутим, присуство великог броја хлоридних јона (Цл-) у морској води ће изазвати озбиљну корозију анодног материјала, што ће довести до оштећења електрода и високог напона, чиме ће се прекинути ефикасна реакција еволуције кисеоника. Поред тога, висока концентрација хлоридних јона ће се такође појавити у реакцији оксидације хлора на аноди, заузимајући активно место катализатора, чиме се смањује ефикасност реакције еволуције кисеоника на аноди.

Техничка потешкоћа 3: Конкуренција између реакције анодне еволуције кисеоника и реакције хлорисања кисеоника

У процесу електролизе морске воде, анода ће се подвргнути двема реакцијама, и то: реакцији еволуције кисеоника (ОЕР) и реакцији хлорисања кисеоника (ЦлОР). Реакција еволуције кисеоника: 4ОХ-→О2+Х2О+4е-; Е0=1,23В (у односу на РХЕ)

Реакција оксидације хлора: Цл-+2ОХ-→ОЦл-+Х2О+2е-; Е0=1,71В (у односу на РХЕ)

Може се видети да је Е0 од ова два сличан, што ће произвести конкурентски однос, што у великој мери ограничава радни напон електролизера. Поред тога, и реакција ЦлОР и формирање хипохлорита су реакције са два електрона, а реакција ЦлОР је лакша за извођење кинетички него ОЕР реакција са четири електрона, тако да се обично примећује да је препотенцијал ОЕР већи од оног код ЦлОР.

04

Статус истраживања

Тренутно је производња водоника из морске воде још у раној фази истраживања и тестирања, и још се суочава са многим изазовима, али истраживање и развој производње водоника електролизом морске воде је постигло одређени напредак. Тим академика Ксие Хепинга је 2022. године направио велики оригинални искорак у области директне производње водоника из морске воде и иновативно успоставио нови принцип и технологију директне производње водоника из морске воде без десалинизације вођен фазном транзицијом и миграцијом. Постоји много демонстрационих пројеката производње водоника из морске воде у земљи и иностранству, али они су још увек мали пилоти, а већина њих је у изради или предложена.

Иако производња водоника електролизом морске воде има дуг пут од малих и пилот тестова до коначне индустријске примене. Међутим, верујемо да ће у трагу водоничне енергије на трилионском нивоу, ако се ова технологија на крају примени, оставити најдубље мастило на путу „декарбонизације“!