Получение водорода из морской воды

Зелёный водород имеет основополагающее значение для климатически нейтральных видов топлива и процессов. Для его получения вода разлагается на составляющие – кислород и водород. Помимо энергии ветра и солнца, для этого требуется максимально чистая вода. Однако последнего не хватает в пустынных районах, откуда приходится импортировать много водорода, например, в Намибии или Австралии. Производство водорода непосредственно из солёной морской воды вместо этого решило бы эту проблему. Теперь исследователям удалось сделать это эффективнее, чем когда-либо прежде, о чем они сообщают в журнале Nature Energy.

Электролиз используется для разделения воды на компоненты. С помощью напряжения между двумя электродами в воде молекулы воды могут быть расщеплены на заряженные ионы, и на электродах образуются водород и кислород. А вот с морской водой процесс сложнее, потому что в ней много солей — а именно это затрудняет электролиз. В частности, высокая доля ионов хлора в морской соли снижает выход водорода. Это связано с тем, что эти ионы перемещаются к положительно заряженному электроду и блокируют его для гидроксильных ионов из расщепленных молекул воды.

Этого можно избежать, добавляя в солёную воду большое количество гидроксида калия. Однако это делает производство водорода более дорогим и сложным. Поэтому Тао Линг из китайского Тяньцзиньского университета и его коллеги разработали специальный электролиз, который хорошо работает и для морской воды, то есть воды с большим количеством ионов хлора.

Для этого исследователи изготовили специальный электрод с тончайшим слоем оксида хрома. Ионы гидроксила присоединяются к этому твёрдому оксиду хрома гораздо легче и чаще, чем ионы хлорида. В результате высокое содержание хлоридов в морской воде больше не оказывает отрицательного влияния на расщепление молекул воды, и электролиз воды снова увеличивается.

Этот оптимизированный электролиз оказался удивительно эффективным в прототипе: таким образом исследователи производили до 40 литров газообразного водорода в час. Для этого они использовали обычную морскую воду, которую до этого лишь грубо очищали фильтром. Благодаря слою оксида хрома на электродах морскую воду теперь можно расщеплять на водород и кислород так же эффективно, как очищенную и обезсоленую питьевую воду. Однако до сих пор это было возможно только в лабораторных масштабах и в течение добрых 100 часов. На дальнейших этапах этот процесс теперь должен быть масштабирован для более крупных систем и дальнейшего повышения долгосрочной стабильности.