Продемонстрирован прототип электролизера, который не деградирует из-за солей в морской воде, эффективно выделяя из нее ценные элементы — водород и литий.
Водород считается одним из самых перспективных видов топлива будущего. Его сжигание не приводит к выделению парниковых газов в атмосферу. Однако «чистый» водород получают электролизом воды, разлагая ее молекулы под действием электричества, и этот процесс уже далеко не столь удобен. Вода для него требуется пресная, запасы которой далеко не безграничны. Если опреснять морскую воду, то расходы энергии на весь процесс окажутся слишком велики.
Существуют электролизеры, способные работать с морской водой. Но большие количества соли, содержащиеся в ней, в процессе распадаются на составляющие ионы, и образующийся хлорид приводит к быстрой деградации анода, требуя постоянной замены. Решить эту проблему удалось разработчикам из Нанкинского технического университета. Созданный ими электролизер способен работать с морской водой на протяжении почти полугода без перерыва, выделяя из нее и водород, и даже литий — еще один крайне востребованный сегодня элемент. Статья китайских ученых опубликована в журнале Nature.
Ключевым нововведением в устройстве стала изоляция, отделяющая соленую воду от электролизной системы. Анод и катод, на которых происходит выделение водорода и кислорода, разделены мембраной, погружены в электролит (раствор гидроксида калия) и окружены тонким слоем изолятора на основе тефлона. Поры в изоляторе достаточно малы и не пропускают жидкость внутрь, но остаются проницаемы для отдельных молекул водного пара. При работе устройства концентрация электролита растет, заставляя воду стремиться сквозь мембраны и проходить внутрь. Это обеспечивает постоянный приток чистой воды, оставляя соли снаружи системы.
Авторы собрали прототип устройства, включающий 11 таких ячеек, и испытали его с использованием обычной морской воды. Он проработал без сбоев, без деградации электродов и мембран в течение 3200 часов (133 суток), выработав за это время около 386 литров водорода (31,7 грамма). Можно подсчитать, что на производство кубометра топлива система расходует пять киловатт-часов энергии, а поскольку кубометр водорода содержит 3,54 киловатт-часа, КПД составляет 71%.
Это заметно ниже, чем у большинства использующихся сегодня коммерческих электролизеров, но стоит помнить, что пока речь идет о прототипе, который можно будет оптимизировать. Также разработчики отмечают, что с помощью аналогичных устройств из морской воды можно будет извлекать и литий. Ученые продемонстрировали, что работа электролизера постепенно повышает концентрацию этих ионов. За пару сотен часов она увеличивается более чем в 40 раз, позволяя осадить литий в виде кристаллов карбоната.
