Chytrý elektrolyzér efektívne získa vodík (a možno aj lítium) z morskej vody

„Zelený“ vodík vyrábaný pomocou elektriny z obnoviteľných zdrojov je aktuálne „hviezdou ekológie“, ale zďaleka nie je bezproblémovým palivom. Okrem drobného detailu, že sa na jeho výrobu spotrebuje viac energie, než dokážeme z vodíka neskôr získať, sa na konečný produkt nabaľujú ďalšie ekonomické a ekologické náklady, spojené s kompresiou, prepravou, a podobne.

Nezanedbateľným problémom však môže byť aj skutočnosť, že „zelený“ vodík sa získava elektrolýzou sladkej vody. A tej začína byť nedostatok. Štvrtina svetovej populácie už dnes čelí vážnemu nedostatku vody aspoň jeden mesiac v roku, stačí si spomenúť na tohtoročné leto na Slovensku, a sladká voda je čoraz vzácnejším zdrojom. Aj preto sú čoraz zaujímavejšie technológie, ktoré dokážu získať vodík z hojných zásob morskej vody.

Môžete odsoliť morskú vodu a potom ju elektrolýzou rozdeliť na vodík a kyslík, ale je to extrémne neefektívne a drahé riešenie. Existujú tiež zariadenia na priamu elektrolýzu morskej vody, ale väčšina z nich má tak krátku životnosť, že sú komerčne nevyužiteľné. Príčinou je vysoko korozívny plynný chlór, ktorý sa na anóde vytvára z chloridových iónov v morskej vode a degraduje katalyzátory.

Výskumníci z čínskej Nanjing Tech University veria, že tento problém vyriešili. Demonštrovali stroj na priamu elektrolýzu morskej vody, ktorý bežal viac ako 3200 hodín (133 dní) bez zlyhania. Má byť rovnako efektívny ako sladkovodný elektrolyzér a zdá sa, že by z morskej vody mohol okrem vodíka ťažiť aj lítium.

Vedci testovali kompaktný 11-článkový elektrolyzér, veľkosti cestovného kufra s morskou vodou zo zálivu Shenzhen. Počas testu produkoval približne 386 litrov plynného vodíka za hodinu. Pri štandardnom atmosférickom tlaku to predstavuje necelých 32 gramov vodíka, čo nie je veľa. Pri pohone vodíkového auta s palivovými článkami by takéto množstvo pri spotrebe 1 kg vodíka na 100 km stačilo na dojazd asi 3,2 km. Ide však len o malú testovaciu jednotku. 

Elektrolyzér udržuje morskú vodu úplne oddelenú od koncentrovaného elektrolytu hydroxidu draselného a elektród pomocou lacných, vodotesných, priedušných membrán na báze PTFE. Tieto membrány zabraňujú prenikaniu tekutej vody, ale prepúšťajú vodnú paru.

Keď sa voda z elektrolytu rozdelí na plynný vodík a kyslík, vytvorí sa rozdiel tlaku pár medzi elektrolytom a morskou vodou, čo spôsobí, že sa morská voda spontánne vyparí a prejde cez vodotesnú membránu.

Čistá voda, prechádzajúca cez PTFE membránu sa absorbuje v elektrolyte ako kvapalina. Membrána prepúšťa vodu a blokuje iné ióny, ktoré by mohli spôsobiť poškodenie elektród alebo membrány.

Elektrolyzér spotreboval asi 5 kWh na každý meter kubický vyrobeného vodíka. Keďže vodík má energetickú kapacitu okolo 3,544 kWh / m³, elektrolyzér morskej vody pracuje s účinnosťou približne 71 %. To je porovnateľné s bežnými elektrolyzérmi sladkej vody, aj keď sa začínajú objavovať aj vysokoúčinné technológie, ktoré by mohli dosahovať efektivitu až do 95%.

Dôležité však je, že zariadenie aj po vyše štyroch mesiacoch elektrolýzy morskej vody fungovalo na plnú kapacitu a analýza ukázala 100 % účinnosť blokovania iónov PTFE membránou. Na vrstvách katalyzátora sa neobjavila žiadna korózia. Vedci tvrdia, že teraz sa otvára veľa možností na zlepšenie výkonu.

Vedci navyše zistili, že proces odparovania ovplyvnil koncentráciu lítia v morskej vode. Po niekoľkých stovkách hodín zaznamenali 42-násobný nárast koncentrácie a boli schopní vyzrážať kryštály uhličitanu lítneho. Je možné, že ďalší vývoj takýchto prístrojov ba mohol priniesť súbežnú výrobu vodíka, aj lítia z morskej vody.

Výskum bol publikovaný v časopise Nature .