Các nhà nghiên cứu từ Đại học Adelaide cùng với các đối tác quốc tế đã sử dụng thành công nước biển không qua xử lý trước để sản xuất hydro xanh. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện điều này bằng cách đưa một lớp axit lên trên các chất xúc tác tại chỗ. Giáo sư Shizhang Qiao của Đại học Adelaide cho biết: “Chúng tôi đã tách nước biển tự nhiên thành oxy và hydro với hiệu suất gần 100%… sử dụng chất xúc tác rẻ tiền và không quý giá trong máy điện phân thương mại”.
Với sự rộng lớn của đại dương, nó được coi là chất điện phân nguyên liệu tự nhiên.
Hình: Giáo sư Richard Manasseh
Các nhà nghiên cứu của Đại học Adelaide đã dẫn đầu một nhóm quốc tế phát hiện ra phương pháp sử dụng nước biển trong máy điện phân thương mại để sản xuất hydro xanh một cách hiệu quả.
Phó giáo sư Yao Zheng, từ Trường Kỹ thuật Hóa học của Đại học Adelaide, cho biết: “Chúng tôi sử dụng nước biển làm nguyên liệu thô mà không cần bất kỳ quy trình tiền xử lý nào như khử muối thẩm thấu ngược, tinh chế hoặc kiềm hóa”. Nhóm nghiên cứu chỉ đơn giản lọc nước biển lấy từ biển Hoàng Hải ở Trung Quốc để loại bỏ chất rắn và vi sinh vật.
Zheng cho biết thêm: “Hiệu suất của máy điện phân thương mại với chất xúc tác của chúng tôi chạy trong nước biển gần giống với hiệu suất của chất xúc tác bạch kim/iridium chạy trong nguyên liệu nước khử ion có độ tinh khiết cao”.
Phát hiện này giải quyết mối lo ngại về tình trạng khan hiếm nước vẫn tồn tại xung quanh các cuộc thảo luận về hydro xanh, với việc các nhà nghiên cứu lưu ý rằng đại dương là “nguồn tài nguyên gần như vô hạn”, chiếm 96,5% trữ lượng nước của trái đất, nhưng đã được chứng minh là đầy thách thức do sự phức tạp của nước. hồ sơ.
Giải pháp của nhóm tập trung vào việc điều chỉnh môi trường phản ứng cục bộ của chất xúc tác. Họ đã thực hiện bằng cách đưa một lớp axit lên bề mặt của nó để thu giữ các ion có vấn đề và giảm sự hình thành chất rắn có thể chặn điện cực.
Nhu cầu hydro tiềm năng đến năm 2050
Ảnh: BNEF
Nhóm nghiên cứu, bao gồm các nhà nghiên cứu từ Đại học Thiên Tân và Đại học Nankai của Trung Quốc, và Đại học Kent State ở Hoa Kỳ, cùng với những nhà nghiên cứu từ Đại học Adelaide, đã công bố nghiên cứu của họ trên tạp chí Nature Energy.
Họ lưu ý rằng cách tiếp cận này thực tế nhất đối với những vùng có đường bờ biển dài và nhiều ánh sáng mặt trời, giống như Australia.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu sẽ nỗ lực mở rộng quy mô hệ thống bằng cách sử dụng máy điện phân lớn hơn để có thể sử dụng hệ thống này trong các quy trình thương mại như sản xuất hydro cho pin nhiên liệu và tổng hợp amoniac.
Muối vào vết thương
Với sự rộng lớn của đại dương, nó được coi là chất điện phân nguyên liệu tự nhiên. Như các nhà nghiên cứu lưu ý, “điện phân nước biển trực tiếp mà không cần quá trình lọc và các chất phụ gia hóa học rất hấp dẫn và đã được nghiên cứu trong khoảng 40 năm”.
Vấn đề - sử dụng nước biển để điện phân có xu hướng gây ra phản ứng phụ và ăn mòn điện cực, dẫn đến hiệu suất thấp và độ ổn định kém của hệ thống điện phân.
Điều này là do nước biển có nồng độ cao các ion clo có hại cũng như các ion tích điện dương không mong muốn như ion magie và canxi. Do giá trị pH của nước biển gần cực âm tăng lên đáng kể trong quá trình điện phân, các ion magie và canxi này có thể tạo thành các chất kết tủa lớn như magie hydroxit, trở thành chất rắn không hòa tan có thể chặn điện cực.
Để giải quyết những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã đưa vào một “lớp axit Lewis cứng” trên bề mặt chất xúc tác để phân tách các phân tử nước và thu giữ nhiều ion tích điện âm xung quanh chất xúc tác. Họ cũng nhận thấy phương pháp của họ đã tạo ra một môi trường kiềm mạnh, pH 14, ngăn cản sự sản sinh clo trên chất xúc tác, làm giảm sự hình thành các chất rắn chặn điện cực này.
Họ cho biết, nhóm nghiên cứu đã đưa lớp axit này lên một loạt chất xúc tác phổ biến để điều khiển môi trường vi mô phản ứng cục bộ – lưu ý rằng đây là “chiến lược chung có thể áp dụng cho các chất xúc tác khác nhau mà không cần thiết kế chất xúc tác và chất điện phân được thiết kế đặc biệt”.
Họ cho biết: “Với điều này, môi trường kiềm cục bộ được tạo ra tại chỗ trên một loạt chất xúc tác biến đổi Cr2O3 đã đạt được sự tăng cường hoạt động đáng kể, đồng thời tránh được hóa chất clo có hại và sự hình thành kết tủa”.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Máy điện phân nước biển kiểu dòng chảy với chất xúc tác biến đổi Cr2O3 có độ ổn định tốt lên tới 100 giờ ở 500 mA cm-2 và thể hiện mật độ dòng điện yêu cầu công nghiệp là 1,0 A cm-2 ở 1,87 V và 60 ° C”. kết luận.
