Обично, када размишљамо о производњи енергије на мору, замишљамо џиновске нафтне платформе или можда редове високих ветротурбина. Међутим, недавно су овој мешавини додавани плутајући соларни панели, укључујући соларну фарму величине 160 фудбалских игралишта која је у Кини почела са радом прошле године.
Сада, тим истраживача са Универзитета Цолумбиа жели да иде корак даље. Кажу да је могуће користити соларне панеле на океанској површини за напајање уређаја који могу да производе водоник из морске воде.
Водоник је чисти облик енергије, али најчешће се производи од природног гаса у процесу који такође ослобађа угљен диоксид, кључни покретач климатских промена. Научници из Цолумбиа кажу да њихов уређај, назван плутајући фотонапонски електролизатор, елиминира ту последицу уместо што електролизом одваја кисеоник и водоник у молекулама воде, а затим складишти последњи да би се користио као гориво.
Вођа тима Даниел Еспосито, доцент за хемијско инжењерство, истиче да је коришћење постојећих комерцијалних електролизатора за производњу водоника прилично скупо. "Ако скинете соларне панеле са полица и комерцијално доступни електролизатори, а сунчеву светлост користите за дељење воде на водоник и кисеоник, то ће бити три до шест пута скупље него да бисте производили водоник из природног гаса." он каже.
Такође напомиње да су тим електролизаторима потребне мембране да одвоје молекуле кисеоника и водоника раздвојеним када се раздвоје. То не само да повећава трошкове, већ би ти делови имали тенденцију да се брзо разграде када су изложени контаминанте и микробе у сланој води.
„Способност сигурног демонстрирања уређаја који може да врши електролизу без мембране даје нам још један корак ближе омогућавању електролизе морске воде“, изјавио је у изјави Јацк Давис, истраживач и водећи аутор студије о доказу концепта. „Ови генератори соларног горива су у основи вештачки системи фотосинтезе, радећи исто што и биљке раде са фотосинтезом, тако да наш уређај може отворити све врсте могућности за генерисање чисте, обновљиве енергије.“
Две мрежасте електроде се држе на уском раздаљинском растојању (Л) и стварају Х2 и О2 гасове истовремено. Кључна иновација је асиметрично постављање катализатора на спољашње површине мреже, тако да је стварање мехурића ограничено на ово подручје. Када се мехурићи гаса одвоје, њихова пловидност узрокује да плутају према горе у засебне сабирне коморе. (Даниел Еспосито / Цолумбиа Енгинееринг) Бублинг уп
Дакле, по чему је њихов електролизатор препознатљив?
Уређај је изграђен око електрода од титанијумских мрежа суспендованих у води и одвојених малим растојањем. Када се примени електрична струја, молекули кисеоника и водоника се раздвајају, при чему први развијају мехуриће гаса на електроди која је позитивно наелектрисана, а последња чине исто на оној са негативним набојем.
Пресудно је држати одвојене ове различите мехуриће гаса, а Цолумбиа електролизатор то ради применом катализатора на само једној страни сваке компоненте мрежице - површини која је даље од друге електроде. Кад се мјехурићи повећају и одвоје од мреже, они лебде дуж спољних ивица сваке електроде уместо да се мешају у простору између њих.
Не само што су научници избегавали употребу скупих мембрана, већ нису морали да уграђују и механичке пумпе које неки модели користе за померање течности. Уместо тога, њихов уређај се ослања на плутајуће плутеје да водоник балончићи убаци у комору за одлагање. У лабораторији је током процеса успео да произведе водоник са 99-постотном чистоћом.
Алекандер Орлов, ванредни професор за науку о материјалима и хемијско инжењерство са Универзитета Стони Броок у Њујорку, слаже се да је уклањање мембрана "значајан" развој. "Мембране су слаба тачка технологије", каже он. "Постоји неколико софистициранијих решења, али Еспоситов приступ је крајње једноставан и прилично практичан. Објављен је и рецензиран у публикацијама са великим утицајем, тако да упркос својој једноставности, наука и новине су солидне."
Размишљам велико
Еспосито и Давис с лакоћом признају да је то велики скок од малог модела тестираног у њиховој лабораторији, до масивне структуре која би концепт могла учинити економски одрживим. Можда ће требати стотине хиљада повезаних електролитских јединица да би се из мора створила довољна количина водоничног горива.
Заправо, каже Еспосито, можда ће бити потребно извршити неке промене дизајна како пројекат расте и постаје модуларнији, тако да се многи комади могу уклопити да покрију велико подручје. Такође, суочавају се са изазовом проналажења материјала који могу дуго преживети у сланој води.
Уз то, обојица верују да њихов приступ може на значајан начин да утиче на снабдевање енергијом у земљи. Водоник се већ увелико користи у хемијској индустрији, на пример, за прављење амонијака и метанола. Очекује се да ће потражња и даље расти јер се све више произвођача аутомобила обавеже на аутомобиле који раде на водоничним горивним ћелијама.
(Лево) Фотографија самосталног прототипа ПВ-електролизатора који плута у течном резервоару сумпорне киселине. Фотонапонске ћелије постављене на врху „мини платформе“ претварају светлост у електричну енергију која се користи за напајање електролита без мембрана који је потопљен испод. (Десно) Приказ хипотетичких великих „соларних постројења за гориво“ који раде на отвореном мору. (Лево) Јацк Давис и (десно) Јустин Буи / Цолумбиа Енгинееринг) Њихова дугорочна визија је џиновских „механизама за соларно гориво“ који плутају у океану, а Еспосито је отишао толико далеко да процени колико кумулативне површине би требало да покрије да би створио довољно водоник-горива да замени сву нафту која се користи на планети. . Његов израчун: 63.000 квадратних миља, или подручје нешто мање од савезне државе Флорида. То звучи као пуно океана, али он истиче да би укупна површина прекривала око. 045 процента водене површине Земље.
То је помало пробита пројекција, али Еспосито је такође размишљао о стварним изазовима који би били суочени са плутајућом операцијом производње енергије која није везана уз морско дно. За почетак постоје велики таласи.
„Свакако, морали бисмо да дизајнирамо инфраструктуру за ову опрему тако да она може да издржи олујна мора“, каже он. „То је нешто што бисте узели у обзир када размишљате где се опрема налази.“
А можда би, додаје, ови уређаји могли да се помере са пута штете.
„Постоји могућност да таква опрема буде мобилна. Нешто што би се могло проширити, а онда уговорити. Вероватно се не би могао брзо кретати, али могао би да се крене са пута олује.
„То би било заиста драгоцено“, каже он.
