Theo một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Pennsylvania, sức mạnh của mặt trời, gió và biển có thể sớm kết hợp với nhau để tạo ra nhiên liệu hydro thân thiện với môi trường. Nhóm tích hợp công nghệ lọc nước vào một dự án thử nghiệm mới máy điện phân nước biển, sử dụng dòng điện để tách hydro và oxy trong các phân tử nước.
Theo Bruce Logan, giáo sư kỹ thuật môi trường tại Kappa và giáo sư Đại học Evan Pugh, phương pháp "tách nước biển" mới này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi năng lượng gió và mặt trời thành nhiên liệu lưu trữ và di động.
"Hydrogen là một loại nhiên liệu tuyệt vời, nhưng bạn phải lấy nó," Logan nói. - Cách bền vững duy nhất để làm điều này là sử dụng năng lượng tái tạo và sản xuất từ nước. Bạn cũng cần sử dụng nước mà mọi người không muốn sử dụng cho các mục đích khác, và đó sẽ là nước biển. Vì vậy, Chén thánh sản xuất hydro phải kết hợp nước biển, năng lượng gió và năng lượng mặt trời được tìm thấy trong môi trường biển và ven biển."
Mặc dù có lượng nước biển dồi dào nhưng nó thường không được sử dụng để tách nước. Nếu nước không được khử muối trước khi đưa vào máy điện phân – một công đoạn bổ sung tốn kém – thì các ion clo trong nước biển sẽ biến thành khí clo độc hại, khí này sẽ phá hủy thiết bị và ngấm vào môi trường.
Để ngăn chặn điều này, các nhà nghiên cứu đã chèn một màng bán thấm mỏng ban đầu được thiết kế để làm sạch nước trong quá trình xử lý thẩm thấu ngược (RO). Màng thẩm thấu ngược đã thay thế màng trao đổi ion thường được sử dụng trong máy điện phân.
Logan cho biết: “Ý tưởng đằng sau quá trình thẩm thấu ngược là bạn đặt áp suất rất cao lên nước, đẩy nó qua màng và giữ lại các ion clo”.
Trong máy điện phân, nước biển sẽ không đẩy qua màng thẩm thấu ngược nữa mà bị giữ lại bởi màng này. Màng được sử dụng để phân tách các phản ứng xảy ra gần hai điện cực chìm – cực dương tích điện dương và cực âm tích điện âm – nối với nguồn điện bên ngoài. Khi bật nguồn, các phân tử nước bắt đầu phân tách ở cực dương, giải phóng các ion hydro nhỏ gọi là proton và tạo thành khí oxy. Sau đó, các proton đi qua màng và kết hợp với các electron ở cực âm để tạo thành khí hydro.
Khi lắp đặt màng thẩm thấu ngược, nước biển vẫn ở phía cực âm và các ion clo quá lớn để đi qua màng và đến cực dương, ngăn cản sự hình thành khí clo.
Nhưng trong quá trình tách nước, như Logan đã chỉ ra, các loại muối khác được hòa tan một cách có chủ ý trong nước để làm cho nó dẫn điện. Màng trao đổi ion, lọc các ion bằng điện tích, cho phép các ion muối đi qua nó. Không có màng thẩm thấu ngược.
Do sự chuyển động của các ion lớn hơn bị hạn chế bởi màng RO nên các nhà nghiên cứu cần kiểm tra xem liệu các proton cực nhỏ di chuyển qua các lỗ này có đủ để duy trì dòng điện cao hay không.
Trong một loạt thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hai màng thẩm thấu ngược có bán trên thị trường và hai màng trao đổi cation, một loại màng trao đổi ion cho phép chuyển động của tất cả các ion tích điện dương trong hệ thống. Mỗi người trong số họ đã được kiểm tra khả năng chống lại sự chuyển động của các ion của màng. Lượng năng lượng cần thiết để hoàn thành các phản ứng cũng được tính toán, sự hình thành khí hydro và oxy được theo dõi, sự tương tác với các ion clo và sự phá hủy màng được phân tích.
Các nhà nghiên cứu gần đây đã nhận được khoản tài trợ 300 USD từ Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) để tiếp tục nghiên cứu về điện phân nước biển. Logan hy vọng rằng nghiên cứu của họ sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm lượng khí thải carbon dioxide trên toàn thế giới.
Đọc thêm:
- TSMC: Vào năm 2021, các bản sao thử nghiệm của bộ vi xử lý 3nm sẽ xuất hiện
- Lực hấp dẫn gây ra sự đồng nhất của vũ trụ