Представлен прототип электролизера, устойчивый к воздействию солей, содержащихся в морской воде, и способный эффективно извлекать из нее ценные ресурсы: водород и литий.
Водород считается одним из самых перспективных видов топлива будущего. Его сжигание не приводит к выделению парниковых газов в атмосферу. Однако «чистый» водород получают электролизом воды, разлагая ее молекулы под действием электричества, и этот процесс уже далеко не столь удобен. Вода для него требуется пресная, запасы которой далеко не безграничны. Если опреснять морскую воду, то расходы энергии на весь процесс окажутся слишком велики.
Электролизеры, предназначенные для работы с морской водой, действительно существуют. Однако высокое содержание солей в ней приводит к распаду на ионы, и образующийся хлорид вызывает стремительную деградацию анода, что требует его регулярной замены. Разработчики из Нанкинского технического университета нашли решение этой проблемы. Их электролизер способен функционировать с морской водой в течение почти полугода без остановок, производя водород и литий — еще один крайне востребованный элемент. Статья китайских ученых опубликована в журнале Nature.
Изоляция, предотвращающая контакт соленой воды с электролизной системой, стала принципиально новым элементом конструкции. Анод и катод, где происходит выделение водорода и кислорода, разделены мембраной, погружены в электролит (раствор гидроксида калия) и окружены тонким слоем изолятора на основе тефлона. Благодаря малому размеру пор изолятор не пропускает жидкость внутрь, но при этом позволяет молекулам водного пара проходить сквозь него. В процессе работы устройства концентрация электролита увеличивается, что вызывает стремление воды к прохождению сквозь мембраны и попаданию внутрь. Это обеспечивает непрерывный приток чистой воды и удерживает соли за пределами системы.
Созданный прототип устройства, состоящий из 11 ячеек, был протестирован с использованием обычной морской воды. Он функционировал стабильно, без признаков износа электродов и мембран, в течение 3200 часов (133 дня), генерируя приблизительно 386 литров водорода (31,7 грамма). Расчеты показали, что для получения одного кубометра топлива система потребляет пять киловатт-часов энергии, а учитывая, что кубометр водорода содержит 3,54 киловатт-часа, эффективность составляет 71%.
Показатель ниже, чем у большинства коммерческих электролизеров, применяемых в настоящее время, однако важно учитывать, что это прототип, который подлежит оптимизации. Разработчики также сообщают, что подобные устройства могут использоваться для извлечения лития из морской воды. Исследователи показали, что в процессе работы электролизера постепенно увеличивается концентрация ионов. Всего за несколько сотен часов она возрастает более чем в 40 раз, что позволяет осаждать литий в виде кристаллов карбоната.