Mi a hidrogéntermelés a tengervízből? Miért ennyi figyelem? Mik a technikai nehézségek?

Miért hívott fel ekkora figyelmet a tengervíz közvetlen elektrolízisével végzett hidrogéntermelés kísérleti tesztjének sikere? Mennyire nehéz ez? Melyek azok a technikai nehézségek, amelyeket le kell küzdeni a hidrogén tengervíz elektrolízissel történő előállításához?

01

Hidrogéntermelés tengervízből

A víz elektrolízissel történő hidrogén előállítása nagyon fontos zöld hidrogén előállítási technológiának számít. Jelenleg a kereskedelmi forgalomba hozott vízelektrolízis technológia friss vizet használ elektrolitként. Amint azt mindannyian tudjuk, a globális édesvízkészletek rendkívül korlátozottak, mivel a vízenergiát széles körben alkalmazzák hidrogén előállítására, ami kétségtelenül súlyosbítja az édesvízkészletek hiányát. Ezzel szemben a tengervíz gazdag erőforrásokban, amiből adódik a „tengervíz-hidrogéntermelés” gondolata.

Az édesvízzel ellentétben, amely a Föld teljes vízmennyiségének 96,5 százalékát teszi ki, a tengervíz összetett összetételű, több mint 90 vegyi anyagot és elemet tartalmaz. A tengervízben található nagyszámú ion, mikroorganizmus és részecske olyan problémákhoz vezethet, mint a mellékreakciók versengése, a katalizátor inaktiválódása és a membrán elzáródása a hidrogéntermelés során.

Ennek érdekében a tengervizet nyersanyagként használó hidrogéntermelési technológia két különböző útvonalat alakított ki. Először is, a hidrogén tengervízből történő közvetlen előállítása, azaz természetes tengervíz alapú, főként elektrolízissel vagy fotolízissel állítják elő. Másodszor, a tengervíz közvetett hidrogéntermelése a tengervíz sótalanítása és a szennyeződések eltávolítása, a tengervíz sótalanítása, hogy először nagy tisztaságú édesvíz keletkezzen, majd hidrogént állítanak elő.

02

Két fő előny

A tengeri hidrogéntermelő platformok hosszú távú energiatárolóként vagy finom vegyi anyagok előállítási helyeiként használhatók, lehetővé téve a zöld energia szorosan integrálását a vegyianyag-előállító rendszerekkel.

Az offshore hidrogéntermelő platform megoldhatja a nagy horderejű tengeri megújuló villamosenergia-fogyasztás problémáját, és a megújuló villamos energia felhasználása hidrogén és zöld ammónia helyben történő előállítására a nagy horderejű tengeri megújuló energia fő alkalmazási módszerévé válhat. jövő.

03

Technikai nehézség

1. technikai probléma: A tengervízben lévő sok szennyeződés befolyásolja a katódos hidrogénfejlődés előfordulását

Az elektrolitikus víz folyamata során a katódból H2 válik ki, a katódos hidrogénfejlődési reakcióhoz a legnagyobb kihívást az jelenti, hogy a természetes tengervízben különféle oldott kationok találhatók, mint például Na+, Mg2+, Ca2+ stb. különféle baktériumok, mikroorganizmusok és apró részecskék vannak.

Ezek a szennyeződések a tengervíz elektrolízisének előrehaladtával eltömítik az elektródát, majd mérgezik vagy felgyorsítják az elektróda/katalizátor öregedését az elektrolitikus rendszerben, ami rossz tartósságot eredményez.

2. technikai probléma: a kloridionok anódos korróziót okoznak és befolyásolják az anódos oxigénfejlődési reakciót

A víz elektrolízise során az O2 rendszerint kicsapódik az anódból. Azonban a nagyszámú kloridion (Cl-) jelenléte a tengervízben az anód anyagának súlyos korrózióját okozza, ami elektródák károsodásához és magas feszültséghez vezet, ami véget vet a hatékony oxigénfejlődési reakciónak. Ezenkívül a kloridionok nagy koncentrációja az anód klóroxidációs reakciójában is előfordul, elfoglalva a katalizátor aktív helyét, ezáltal csökkentve az anód oxigénfejlődési reakciójának hatékonyságát.

3. technikai nehézség: Az anódos oxigénfejlődési reakció és az oxigénklórozási reakció versenye

A tengervíz elektrolízise során az anód két reakción megy keresztül, nevezetesen: oxigénfejlődési reakción (OER) és oxigénklórozási reakción (ClOR). Oxigénfejlődési reakció: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1,23 V (vs. RHE)

Klór oxidációs reakciója: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71 V (vs. RHE)

Látható, hogy a kettő E0-ja hasonló, ami kompetitív kapcsolatot eredményez, ami nagymértékben korlátozza az elektrolizáló üzemi feszültségét. Ráadásul mind a ClOR reakció, mind a hipoklorit képződés kételektronos reakció, és a ClOR reakció kinetikailag könnyebben végrehajtható, mint az OER négyelektronos reakció, így az OER túlpotenciál általában magasabb, mint a ClOR-é.

04

Kutatási állapot

A tengervízből történő hidrogéntermelés jelenleg még a kutatás és tesztelés korai szakaszában van, és még mindig számos kihívással néz szembe, de a tengervíz elektrolíziséből történő hidrogéntermelés kutatása és fejlesztése némi előrehaladást ért el. 2022-ben Xie Heping akadémikus csapata jelentős áttörést ért el a tengervízből történő közvetlen hidrogéntermelés területén, és innovatív módon új elvet és technológiát alakított ki a tengervízből történő közvetlen hidrogéntermelésre, sótalanítás nélkül, amelyet fázisátalakulás és migráció okoz. Számos demonstrációs projekt létezik a tengervíz-hidrogén-termelésre itthon és külföldön, de ezek még mindig kis léptékű kísérleti projektek, és legtöbbjük építés alatt áll, vagy javasolt.

Bár a hidrogén tengervíz elektrolízissel történő előállítása hosszú utat tesz meg a kis és kísérleti tesztektől a végső ipari széleskörű alkalmazásig. Úgy gondoljuk azonban, hogy a hidrogénenergia trillió szintű pályáján, ha ezt a technológiát végül alkalmazzák, akkor a legmélyebb tinta a „dekarbonizáció” útján marad!