Með lækkun á verði endurnýjanlegrar orku er vaxandi áhugi á að finna leiðir til að spara hana efnahagslega. Rafhlöður þola skammtímabylgjur í framleiðslu, en geta ekki séð um langtímaskort eða árstíðabundnar breytingar á raforkuframleiðslu. Vetni er einn af mörgum valkostum sem eru til skoðunar sem geta þjónað sem langtímabrú milli tímabila mikillar framleiðni endurnýjanlegrar orku.
En vetni hefur sín vandamál. Að fá það með því að kljúfa vatn er frekar óhagkvæmt frá orkusjónarmiði og það getur verið erfitt að geyma það í langan tíma. Flestir vetnisframleiðandi hvatar virka líka best með hreinu vatni - ekki endilega af því tagi sem er aðgengilegt, þar sem loftslagsbreytingar auka á styrk þurrka.
Hópur vísindamanna í Kína hefur þróað tæki sem getur framleitt vetni úr sjó – í raun þarf það að vera í sjó til að tækið virki. Lykilhugtakið á bak við verk hans mun allir þekkja sem skilja hvernig mest vatnsheldur fatnaður virkar.
Vatnsheldur, andar fatnaður byggir á himnu með vandlega uppbyggðum svitaholum. Himnan er úr efni sem hrindir frá sér vatni. Það hefur svitahola, en þær eru of litlar til að hleypa fljótandi vatni í gegnum. En þær eru nógu stórar til að einstakar vatnssameindir geti farið í gegnum þær. Þar af leiðandi helst allt vatn utan á flíkinni þar en allur sviti að innan sem gufar upp mun samt streyma í gegnum efnið og berast út í umheiminn. Fyrir vikið andar efnið.
Slík himna er lykilatriði í virkni nýja tækisins. Það fer ekki fljótandi vatni í gegnum himnuna, en það fer vatnsgufu. Stóri munurinn er sá að fljótandi vatnið er báðum megin við himnuna.
Utan - sjór með stöðluðu setti af söltum. Inni er þétt lausn af einu salti - í þessu tilfelli kalíumhýdroxíð (KOH) - sem er samhæft rafgreiningarferlinu sem framleiðir vetni. Sökkt í KOH lausnina er sett af rafskautum sem framleiða vetni og súrefni beggja vegna skiljunnar og halda gasstraumunum hreinum.
Hvað gerist eftir að búnaðurinn byrjar að virka? Þegar vatnið inni í tækinu klofnar til að framleiða vetni og súrefni eykur vatnsmagnið styrkleika ætandi saltlausnarinnar (sem upphaflega var mun þéttari en sjór). Þetta gerir það orkusparnað að flytja vatn í gegnum sjóhimnuna til að þynna út KOH. Og þökk sé svitaholunum er þetta mögulegt, en aðeins ef vatnið hreyfist í formi gufu.
Þar af leiðandi, á meðan það er inni í himnunni, helst vatnið í gufuástandi í stuttan tíma og breytist síðan fljótt í vökva um leið og það fer inn í tækið. Öll flókna saltablandan sem er í sjónum er eftir utan himnunnar og stöðugt flæði ferskvatns er veitt til rafskautanna sem kljúfa hana. Mikilvægt er að allt þetta gerist án þess að nota orkuna sem venjulega er notuð við afsöltun, sem gerir heildarferlið orkusparnara en að meðhöndla vatn til notkunar í venjulegum rafgreiningartækjum.
Í grundvallaratriðum hljómar þetta allt frábærlega, en virkar það í raun? Til að komast að því setti teymið tækið saman og prófaði það í sjónum í Shenzhen-flóa (flóa norður af Hong Kong og Macau). Og á næstum öllum skynsamlegum mælikvarða stóð það sig vel.
Það hélt frammistöðu jafnvel eftir 3200 klukkustunda notkun, og rafeindasmásjárskoðun á himnunni eftir notkun sýndi að svitaholurnar héldust óstíflaðar á þessu stigi. KOH sem notað var fyrir kerfið var ekki alveg hreint, svo það innihélt lítið magn jóna sem finnast í sjó. En þetta magn jókst ekki með tímanum, sem staðfestir að kerfið hleypti ekki sjó inn í rafgreiningarhólfið. Hvað varðar orkunotkun, notaði kerfið það sama og venjulegt rafgreiningartæki, sem staðfestir að vatnsmeðferðin krafðist ekki orkunotkunar.
KOH lausnin var einnig sjálfjafnvægi, þar sem vatnsdreifing inn í tækið hægðist á ef innri lausn þess varð of þynnt. Ef það verður of einbeitt, lækkar skilvirkni rafgreiningarinnar, þannig að vatnslosun hægir á.
Höfundarnir áætla að tæki þeirra geti starfað undir sjóþrýstingi á allt að 75 m dýpi. Hins vegar getur hitastigið á þessu dýpi verið takmarkandi, þar sem hraði vatnsdreifingar í gegnum himnuna er sexfalt meiri við 30°C en við 0 °C.
Jafnvel með öllum þessum góðu fréttum eru tækifæri til að bæta árangur. Ýmis sölt önnur en KOH eru fín og sum gætu virkað betur. Rannsakendur komust einnig að því að innlimun KOH í hydrogelið í kringum rafskautin jók vetnisframleiðslu. Að lokum er mögulegt að breyting á efni eða uppbyggingu rafskautanna sem notuð eru við vatnsskiptingu gæti flýtt enn frekar fyrir ferlinu.
Að lokum lagði teymið fram að það gæti verið gagnlegt fyrir meira en bara vetnisframleiðslu. Í stað sjós dýfðu þeir einu tækjanna í þynnta litíumlausn og komust að því að eftir 200 klukkustunda notkun jókst styrkur litíums meira en 40 sinnum vegna þess að vatnið kom inn í tækið. Það eru mörg önnur samhengi, svo sem meðhöndlun á menguðu vatni, þar sem þessi hæfileiki til að einbeita sér getur verið gagnleg.
Þetta leysir ekki öll vandamál sem tengjast notkun vetnis sem orkugeymsla. En það hefur vissulega möguleika á að gera okkur kleift að krossa „þörfina fyrir hreint vatn“ af lista yfir þessi mál.
Þú getur hjálpað Úkraínu að berjast gegn rússnesku innrásarhernum, besta leiðin til að gera þetta er að gefa fé til hersins í Úkraínu í gegnum Bjarga lífi eða í gegnum opinberu síðuna NBU.
Einnig áhugavert: