ตามกลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย พลังของดวงอาทิตย์ ลม และทะเลอาจรวมตัวกันเพื่อผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมในไม่ช้า ทีมงานได้รวมเทคโนโลยีการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในโครงการทดลองใหม่ อิเล็กโทรไลเซอร์น้ำทะเลซึ่งใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อแยกไฮโดรเจนและออกซิเจนในโมเลกุลของน้ำ
Bruce Logan ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมที่ Kappa และศาสตราจารย์ Evan Pugh University กล่าวว่าวิธีการ "แยกน้ำทะเล" ใหม่นี้สามารถอำนวยความสะดวกในการแปลงพลังงานลมและแสงอาทิตย์ให้เป็นเชื้อเพลิงที่เก็บและพกพาได้
"ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่ดี แต่คุณต้องได้รับมัน" โลแกนกล่าว - วิธีเดียวที่ยั่งยืนในการทำเช่นนี้คือการใช้พลังงานหมุนเวียนและผลิตจากน้ำ คุณต้องใช้น้ำที่ผู้คนไม่ต้องการใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นด้วย ซึ่งนั่นก็คือน้ำทะเล ดังนั้นจอกศักดิ์สิทธิ์ของการผลิตไฮโดรเจนจึงต้องผสมผสานน้ำทะเล ลม และพลังงานแสงอาทิตย์ที่พบในสภาพแวดล้อมชายฝั่งและทะเล"
แม้ว่าน้ำทะเลจะมีปริมาณมาก แต่โดยปกติแล้วจะไม่ได้ใช้สำหรับการแยกน้ำ หากน้ำไม่ได้แยกเกลือออกจากน้ำทะเลก่อนป้อนเข้าสู่เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ ซึ่งเป็นขั้นตอนเพิ่มเติมที่มีราคาแพง ไอออนของคลอรีนในน้ำทะเลจะเปลี่ยนเป็นก๊าซคลอรีนที่เป็นพิษ ซึ่งจะทำลายอุปกรณ์และซึมเข้าสู่สิ่งแวดล้อม
เพื่อป้องกันสิ่งนี้ นักวิจัยได้ใส่เมมเบรนบาง ๆ กึ่งซึมผ่านได้ ซึ่งแต่เดิมออกแบบมาเพื่อทำน้ำให้บริสุทธิ์ในการบำบัดด้วยรีเวอร์สออสโมซิส (RO) เมมเบรนออสโมซิสผันกลับได้แทนที่เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้กันทั่วไปในอิเล็กโทรไลเซอร์
Logan กล่าวว่า "แนวคิดเบื้องหลังการรีเวิร์สออสโมซิสคือการที่คุณใช้แรงดันน้ำสูงมาก ดันผ่านเมมเบรนและกักเก็บไอออนของคลอรีนไว้เบื้องหลัง" Logan กล่าว
ในอิเล็กโทรไลเซอร์ น้ำทะเลจะไม่ดันผ่านเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสอีกต่อไป แต่จะถูกกักเก็บไว้ เมมเบรนนี้ใช้เพื่อแยกปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นใกล้กับขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่จมอยู่ใต้น้ำ – ขั้วบวกที่มีประจุบวกและขั้วลบที่มีประจุลบ – เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานภายนอก เมื่อเปิดเครื่อง โมเลกุลของน้ำจะเริ่มแตกตัวที่ขั้วบวก ปล่อยไฮโดรเจนไอออนเล็กๆ ที่เรียกว่า โปรตอน และสร้างก๊าซออกซิเจน จากนั้นโปรตอนจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และรวมตัวกับอิเล็กตรอนที่แคโทดเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจน
เมื่อติดตั้งเมมเบรนระบบรีเวอร์สออสโมซิส น้ำทะเลจะยังคงอยู่ที่ด้านแคโทดและไอออนของคลอรีนจะมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะผ่านเมมเบรนไปถึงขั้วบวกได้ ป้องกันการก่อตัวของก๊าซคลอรีน
แต่ในการแยกน้ำ ดังที่ Logan ชี้ให้เห็น เกลืออื่นๆ จะถูกละลายในน้ำโดยเจตนาเพื่อให้มันนำไฟฟ้าได้ เมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนซึ่งกรองไอออนด้วยประจุไฟฟ้า ช่วยให้ไอออนของเกลือผ่านเข้าไปได้ ไม่มีเมมเบรนออสโมซิสผันกลับ
เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนขนาดใหญ่ถูกจำกัดโดยเมมเบรน RO นักวิจัยจำเป็นต้องทดสอบว่าโปรตอนขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ผ่านรูพรุนเพียงพอที่จะรักษากระแสไฟฟ้าให้สูงได้หรือไม่
ในการทดลองหลายชุด นักวิจัยได้ทดสอบเมมเบรนออสโมซิสผันกลับที่มีขายในท้องตลาด XNUMX ชิ้นและเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนบวก XNUMX ชิ้น ซึ่งเป็นเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนชนิดหนึ่งที่ช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ของไอออนที่มีประจุบวกทั้งหมดในระบบได้ แต่ละคนได้รับการทดสอบความต้านทานของเมมเบรนต่อการเคลื่อนที่ของไอออน นอกจากนี้ยังคำนวณปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยาให้สมบูรณ์ การก่อตัวของก๊าซไฮโดรเจนและออกซิเจนได้รับการตรวจสอบ ปฏิสัมพันธ์กับคลอรีนไอออนและความเสียหายต่อเมมเบรนได้รับการวิเคราะห์
นักวิจัยเพิ่งได้รับเงินสนับสนุน 300 ดอลลาร์จากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) เพื่อดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรลิซิสในน้ำทะเลต่อไป Logan หวังว่างานวิจัยของพวกเขาจะมีบทบาทสำคัญในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลก
อ่าน: