Международная группа ученых заявила, что они нашли способ прямого электролиза морской воды в водород, минуя потребность в воде высокой чистоты для производства возобновляемой энергии. Они заявили, что, нанеся кислотный слой на катализаторы, воду из самого большого резервуара Земли — океана — можно будет использовать для создания водородного топлива. Исследователи из Тяньцзиньского и Нанкайского университетов в Китае, Аделаидского университета в Австралии и Кентского государственного университета в США опубликовали свои выводы в журнале Nature Energy.

Прямой электролиз морской воды без процесса очистки и химических добавок очень привлекателен и исследуется уже около 40 лет, но основные проблемы этой технологии остаются как в разработке катализаторов, так и в конструкции устройств. В этой работе мы демонстрируем прямой электролиз морской воды, которая не подщелачивалась и не подкислялась, а была только отфильтрована для удаления твердых частиц и микроорганизмов,-заявили эксепрты.

Водород рассматривается как идеальное, экологически чистое топливо и носитель энергии будущего. Для производства водорода вода разделяется на кислород и водород с использованием электролиза. По данным Международного энергетического агентства, спрос на водород в 2021 году составил 94 млн тонн, что составляет около 2,5% мирового потребления энергии. Китай был крупнейшим в мире потребителем водорода в том году, за ним следуют США и Ближний Восток.

Существующие технологии требуют воды высокой чистоты, особенно пресной, потому что низкое качество воды может отравить благородные катализаторы, что приведет к выходу из строя блока электролизера. Но использование огромного количества пресной воды для производства водорода может усугубить нехватку воды, поэтому они обратились к океану, который содержит почти 97% воды Земли и является «почти бесконечным ресурсом».

Однако разделить морскую воду непросто, поскольку она содержит высокие концентрации вредных ионов хлора, которые могут снижать эффективность электролиза и сильно разрушать катализаторы. Морская вода также содержит нежелательные положительно заряженные ионы, такие как ионы магния и кальция, которые образуют огромные нерастворимые твердые вещества и могут блокировать электрод, добавили они.

Чтобы преодолеть эти проблемы, команда заявила, что они нанесли кислотный слой на поверхность катализатора, чтобы разделить воду и захватить большое количество отрицательно заряженных гидроксильных ионов, окружающих катализаторы. Они обнаружили, что благодаря гидроксильным анионам, которые создают сильнощелочную среду с pH 14, образование хлора на поверхности катализатора подавлялось, а также уменьшалось образование твердых частиц.

Для исследования ученые использовали природную морскую воду, собранную с поверхности Желтого моря на северо-востоке Китая, и перед испытаниями отфильтровали ее для удаления твердых частиц и микробов. Автор Лин Тао, профессор Школы материаловедения и инженерии Тяньцзиньского университета, сказал, что новая технология совместима с существующими электролизерами, которые в настоящее время используют пресную воду.

Это снижает требования к чистоте воды для электролизеров с протонообменной мембраной, которые были разработаны в Европе для отделения образующегося водорода от кислорода в воде, что соответствует медицинским стандартам, - сказал Линг.

Она также сказала, что у метода есть потенциальные применения с использованием других типов воды, включая водопроводную, природную пресную и деионизированную воду, а также другие аспекты химии, такие как фотокатализ. Это включает использование катализатора для ускорения химических реакций путем поглощения легких частиц, которые можно использовать для хранения энергии, очистки воздуха и очистки сточных вод.

Цяо Шичжан, другой автор исследования и профессор Школы химического машиностроения Университета Аделаиды, сказал, что новый метод может быть использован в странах с протяженной береговой линией, включая Австралию и Китай.

Наша работа поддерживает развитие водородной экономики. Следующим шагом будет поиск промышленного партнера для вывода технологии на рынок,- сказал он, имея в виду видение производства водородной энергии с использованием возобновляемой электроэнергии в качестве экологически чистого источника энергии.