Теңіз суынан сутегі өндіру дегеніміз не? Неліктен сонша назар аударылады? Техникалық қиындықтар қандай?

Неліктен теңіз суын тікелей электролиздеу арқылы сутегін алудың тәжірибелік сынақтарының сәттілігі соншалықты назар аударды? Бұл қаншалықты қиын? Теңіз суын электролиз арқылы сутегін алу үшін қандай техникалық қиындықтарды жеңу керек?

01

Теңіз суынан сутегі өндіру

Суды электролиз арқылы сутегін алу өте маңызды жасыл сутегін алу технологиясы болып саналады. Қазіргі уақытта коммерцияланған су электролиз технологиясы электролит ретінде тұщы суды пайдаланады. Баршамызға белгілі, дүниежүзілік тұщы су ресурстары өте шектеулі, сутегін өндіру үшін гидроэнергияны кең ауқымда қолдану, бұл тұщы су ресурстарының тапшылығын одан сайын күшейтетіні сөзсіз. Керісінше, теңіз суы ресурстарға бай, бұл «теңіз суынан сутегі өндіру» идеясын тудырады.

Жердегі жалпы су көлемінің 96,5 пайызын құрайтын тұщы судан айырмашылығы, теңіз суы 90-нан астам химиялық заттар мен элементтерді қамтитын күрделі құрамға ие. Теңіз суындағы иондардың, микроорганизмдердің және бөлшектердің көп мөлшері сутегі өндірісі кезінде жанама реакция бәсекелестігі, катализатордың инактивациясы және диафрагманың бітелуі сияқты мәселелерге әкелуі мүмкін.

Осы мақсатта теңіз суын шикізат ретінде пайдаланатын сутегі өндіру технологиясы екі түрлі бағытты қалыптастырды. Біріншіден, теңіз суынан сутегін тікелей өндіру, яғни табиғи теңіз суына негізделген, негізінен электролиз немесе фотолиз арқылы өндіріледі. Екіншіден, теңіз суының жанама сутегі өндірісі теңіз суын тұзсыздандыру және қоспаларды тазарту, теңіз суын тұщыландыру үшін алдымен жоғары таза тұщы суды қалыптастыру, содан кейін сутегін өндіру болып табылады.

02

Екі негізгі артықшылық

Теңіздегі сутегі өндіру платформалары жасыл энергияны химиялық өндіріс жүйелерімен тығыз біріктіруге мүмкіндік беретін энергияны ұзақ мерзімді сақтау немесе жұқа химиялық заттарды өндіру алаңдары ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Теңіздегі сутегі өндіру платформасы теңізде жаңартылатын электр энергиясын тұтыну мәселесін шеше алады, ал сутегі мен жасыл аммиак өндіру үшін жаңартылатын электр энергиясын пайдалану теңізде ұзаққа созылатын теңіз жаңартылатын энергияны қолданудың негізгі әдісі болуы мүмкін. келешек.

03

Техникалық қиындық

Техникалық қиындық 1: теңіз суындағы көптеген қоспалар катодты сутегі эволюциясының пайда болуына әсер етеді

Электролиттік су процесінде катодтан H2 тұнбаға түседі, катодты сутегінің бөліну реакциясы үшін ең қиын мәселе табиғи теңіз суында Na+, Mg2+, Ca2+ және т.б. сияқты әртүрлі еріген катиондардың болуы, сонымен қатар, әртүрлі бактериялар, микроорганизмдер және ұсақ бөлшектер бар.

Бұл қоспалар теңіз суының электролизі кезінде электродты бітеп тастайды, содан кейін электролиттік жүйедегі электродты/катализаторды уландырады немесе қартаюын тездетеді, нәтижесінде беріктігі нашар болады.

Техникалық қиындық 2: хлорид иондары анодтық коррозияны тудырады және анодтық оттегінің бөліну реакциясына әсер етеді

Судың электролизі процесінде әдетте анодтан O2 тұндырады. Дегенмен, теңіз суында хлорид иондарының (Cl-) көп болуы анод материалының елеулі коррозиясын тудырады, бұл электродтың зақымдалуына және жоғары кернеуге әкеледі, осылайша оттегінің тиімді бөліну реакциясын аяқтайды. Сонымен қатар, хлор иондарының жоғары концентрациясы анодтың хлор тотығу реакциясында да пайда болады, катализатордың белсенді орнын алып, осылайша анодтың оттегінің бөліну реакциясының тиімділігін төмендетеді.

Техникалық қиындық 3: Анодтық оттегінің бөліну реакциясы мен оттегі хлорлау реакциясы арасындағы бәсеке

Теңіз суының электролизі процесінде анод екі реакциядан өтеді, атап айтқанда: оттегінің бөліну реакциясы (OER) және оттегінің хлорлану реакциясы (ClOR). Оттегінің бөліну реакциясы: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1,23В (RHE-мен салыстырғанда)

Хлордың тотығу реакциясы: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71 В (RHE-мен салыстырғанда)

Екеуінің E0 ұқсас екенін көруге болады, бұл электролизердің жұмыс кернеуін айтарлықтай шектейтін бәсекелестік қарым-қатынасты тудырады. Сонымен қатар, ClOR реакциясы да, гипохлорит түзілуі де екі электронды реакция болып табылады және ClOR реакциясы OER төрт электронды реакциясына қарағанда кинетикалық түрде орындалады, сондықтан OER шамадан тыс потенциалы әдетте ClOR реакциясынан жоғары болады.

04

Зерттеу мәртебесі

At present, hydrogen production from seawater is still in the early stage of research and testing, and still faces many challenges, but the research and development of hydrogen production from seawater electrolysis has made some progress. In 2022, Academician Xie Heping's team made a major original breakthrough in the field of direct hydrogen production from seawater, and innovatively established a new principle and technology of direct hydrogen production from seawater without desalination driven by phase transition and migration. There are many demonstration projects of seawater hydrogen production at home and abroad, but they are still small-scale pilots, and most of them are under construction or proposed.

Теңіз суының электролизі арқылы сутегі өндірісі шағын және тәжірибелік сынақтардан соңғы өнеркәсіптік кең қолданысқа дейін ұзақ жолды қажет етеді. Дегенмен, біз сутегі энергиясының триллион деңгейлі жолында, егер бұл технология сайып келгенде қолданылса, ол «декарбонизация» жолында ең терең сияны қалдырады деп сенеміз!