سیستم نوآورانه جدید می تواند آب دریا را به سوخت تبدیل کند

سیستم نوآورانه جدید می تواند آب دریا را به سوخت تبدیل کند

ترکیب عناصر موجود در آب دریا، از جمله هیدروژن، اکسیژن، سدیم و غیره، برای حیات روی زمین ضروری است. با این حال، این ترکیب شیمیایی پیچیده هنگام تلاش برای جداسازی گاز هیدروژن برای کاربردهای انرژی پایدار، چالشی را ایجاد می کند.

اخیراً، تیمی از دانشمندان آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC ، دانشگاه استنفورد ، دانشگاه اورگان و دانشگاه متروپولیتن منچستر روشی را برای استخراج هیدروژن از اقیانوس کشف کرده‌اند. آنها این کار را با قیف کردن آب دریا از طریق یک سیستم دو غشایی و برق انجام می دهند.

طراحی نوآورانه آنها در تولید گاز هیدروژن بدون تولید مقادیر زیادی محصولات جانبی مضر موفق بود. نتایج مطالعه آنها که اخیراً در مجله Joule منتشر شده است ، می تواند به پیشرفت تلاش ها برای تولید سوخت های کم کربن کمک کند.

امروزه بسیاری از سیستم های آب به هیدروژن سعی می کنند از غشای تک لایه یا تک لایه استفاده کنند. آدام نیلندر، دانشمند همکار با مرکز علوم و کاتالیز رابط SUNCAT، یک موسسه مشترک SLAC-Stanford، گفت: مطالعه ما دو لایه را به هم نزدیک کرد. این ساختارهای غشایی به ما این امکان را می‌دهد تا در آزمایش خود، نحوه حرکت یون‌های آب دریا را کنترل کنیم.

گاز هیدروژن یک سوخت کم کربن است که در حال حاضر به روش‌های مختلف استفاده می‌شود، مانند راه‌اندازی وسایل نقلیه الکتریکی با پیل سوختی و به‌عنوان یک گزینه ذخیره‌سازی انرژی طولانی‌مدت – سوختی که برای ذخیره انرژی برای هفته‌ها، ماه‌ها یا بیشتر مناسب است – برای برق. شبکه ها

بسیاری از تلاش‌ها برای ساخت گاز هیدروژن با آب شیرین یا شیرین‌شده شروع می‌شود، اما این روش‌ها می‌توانند گران و انرژی بر باشند. کار با آب تصفیه شده آسان تر است زیرا مواد کمتری – عناصر شیمیایی یا مولکول – در اطراف آن شناور است. به گفته محققان، با این حال، تصفیه آب گران است، به انرژی نیاز دارد و به پیچیدگی دستگاه ها می افزاید. آنها گفتند که گزینه دیگر، آب شیرین طبیعی، همچنین حاوی تعدادی ناخالصی است که علاوه بر اینکه منبع محدودتری در کره زمین است، برای فناوری مدرن مشکل ساز است.

برای کار با آب دریا، تیم یک سیستم غشایی دوقطبی یا دو لایه را اجرا کردند و آن را با استفاده از الکترولیز آزمایش کردند، روشی که از الکتریسیته برای هدایت یون‌ها یا عناصر باردار استفاده می‌کند تا واکنش مورد نظر را انجام دهد. جوزف پریمن، محقق فوق دکترای SLAC و استنفورد گفت: آنها طراحی خود را با کنترل مضرترین عنصر برای سیستم آب دریا – کلرید – آغاز کردند.

پریمن گفت: « گونه‌های واکنش‌پذیر زیادی در آب دریا وجود دارند که می‌توانند در واکنش آب به هیدروژن تداخل داشته باشند، و کلرید سدیم که آب دریا را شور می‌کند، یکی از مقصران اصلی آن است. به طور خاص، کلریدی که به آند می رسد و اکسید می شود، طول عمر یک سیستم الکترولیز را کاهش می دهد و در واقع می تواند به دلیل ماهیت سمی محصولات اکسیداسیون که شامل کلر مولکولی و سفید کننده است، ناامن شود.

غشای دوقطبی در آزمایش امکان دسترسی به شرایط مورد نیاز برای ساخت گاز هیدروژن را فراهم می کند و کلرید را از رسیدن به مرکز واکنش کاهش می دهد.

پریمن گفت: «ما اساساً راه‌هایی را برای توقف این واکنش کلرید دو برابر می‌کنیم.

خانه ای برای هیدروژن

سیستم غشایی ایده آل سه عملکرد اصلی را انجام می دهد: گازهای هیدروژن و اکسیژن را از آب دریا جدا می کند. کمک به حرکت تنها یون های هیدروژن و هیدروکسید مفید در حالی که دیگر یون های آب دریا را محدود می کند. و به جلوگیری از واکنش های نامطلوب کمک می کند. گرفتن هر سه این موارد با هم کار سختی است، و تحقیقات این تیم به سمت کاوش سیستم هایی است که می توانند هر سه این نیازها را به طور موثر ترکیب کنند.

به طور خاص در آزمایش خود، پروتون‌ها که یون‌های هیدروژن مثبت بودند، از یکی از لایه‌های غشایی به جایی می‌رسند که می‌توان آنها را جمع‌آوری کرد و با برهمکنش با یک الکترود با بار منفی به گاز هیدروژن تبدیل شد. غشای دوم در سیستم فقط به یون های منفی مانند کلرید اجازه می دهد که از آن عبور کنند.

به گفته دانیلا مارین، فارغ التحصیل دانشگاه استنفورد، به عنوان یک پشتیبان اضافی، یک لایه غشایی حاوی گروه هایی با بار منفی است که به غشاء ثابت می شوند، که باعث می شود یون های با بار منفی دیگر مانند کلرید، به مکان هایی که نباید باشند، سخت تر می شوند. دانشجوی رشته مهندسی شیمی و نویسنده همکار. ثابت شد که غشای دارای بار منفی در مسدود کردن تقریباً تمام یون‌های کلرید در آزمایش‌های این تیم بسیار کارآمد است و سیستم آنها بدون تولید محصولات جانبی سمی مانند سفید کننده و کلر عمل می‌کند.

به گفته محققان، همراه با طراحی سیستم غشایی آب دریا به هیدروژن، این مطالعه همچنین درک کلی بهتری از نحوه حرکت یون‌های آب دریا از طریق غشاها ارائه می‌کند. این دانش می تواند به دانشمندان کمک کند تا غشاهای قوی تری برای کاربردهای دیگر نیز مانند تولید گاز اکسیژن طراحی کنند.

مارین گفت: “همچنین علاقه ای به استفاده از الکترولیز برای تولید اکسیژن وجود دارد.” درک جریان و تبدیل یون در سیستم غشای دوقطبی ما برای این تلاش نیز حیاتی است. همراه با تولید هیدروژن در آزمایش خود، ما همچنین نشان دادیم که چگونه از غشای دوقطبی برای تولید گاز اکسیژن استفاده کنیم.

در مرحله بعد، تیم قصد دارد الکترودها و غشاهای خود را با ساختن آنها با موادی که فراوان‌تر هستند و به راحتی استخراج می‌شوند، بهبود بخشد. به گفته تیم تحقیقاتی، این بهبود طراحی می تواند مقیاس سیستم الکترولیز را به اندازه مورد نیاز برای تولید هیدروژن برای فعالیت های انرژی بر مانند بخش حمل و نقل آسان تر کند.

محققان همچنین امیدوارند که سلول های الکترولیز خود را به منبع نور تابش سنکروترون استانفورد (SSRL) SLAC ببرند، جایی که می توانند ساختار اتمی کاتالیزورها و غشاها را با استفاده از اشعه ایکس شدید این مرکز مطالعه کنند.

توماس جارامیلو، پروفسور SLAC و استنفورد و مدیر SUNCAT گفت: «آینده برای فناوری‌های هیدروژن سبز روشن است. “بینش های اساسی که ما به دست می آوریم کلید اطلاع رسانی نوآوری های آینده برای بهبود عملکرد، دوام و مقیاس پذیری این فناوری است.”

0/5 (0 نظر)

اشتراک گذاری پست

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *


enemad-logo
BAGHI/09120201982
تماس بگیرید

سلام , وقت بخیر

کارشناسان سئو دل بعد از بررسی در خواست شما در اسرع وقت با شما تماس میگیرند