Dəniz suyundan hidrogen istehsalı nədir? Niyə bu qədər diqqət? Texniki çətinliklər nələrdir?

Dəniz suyunun birbaşa elektrolizi ilə hidrogen istehsalının pilot sınağının müvəffəqiyyəti niyə bu qədər diqqəti cəlb etdi? Bu nə qədər çətindir? Dəniz suyunun elektrolizi ilə hidrogen əldə etmək üçün hansı texniki çətinlikləri aradan qaldırmaq lazımdır?

01

Dəniz suyundan hidrogen istehsalı

Su elektrolizi ilə hidrogen istehsalı çox vacib yaşıl hidrogen hazırlamaq texnologiyası hesab olunur. Hazırda kommersiyalaşdırılmış su elektrolizi texnologiyası elektrolit kimi şirin sudan istifadə edir. Hamımızın bildiyimiz kimi, qlobal şirin su ehtiyatları son dərəcə məhduddur, hidrogen hasil etmək üçün hidroelektrik enerjinin geniş miqyasda tətbiqi, şübhəsiz ki, şirin su ehtiyatlarının çatışmazlığını daha da artırır. Bunun əksinə olaraq dəniz suyu ehtiyatlarla zəngindir ki, bu da “dəniz suyunun hidrogen istehsalı” ideyasını doğurur.

Yer kürəsinin ümumi su həcminin 96,5 faizini təşkil edən şirin sudan fərqli olaraq, dəniz suyu 90-dan çox kimyəvi maddə və elementi özündə birləşdirən mürəkkəb tərkibə malikdir. Dəniz suyunun tərkibində olan çoxlu sayda ion, mikroorqanizm və hissəciklər hidrogen istehsalı zamanı yan reaksiya rəqabəti, katalizatorun inaktivasiyası və diafraqmanın tıxanması kimi problemlərə səbəb ola bilər.

Bu məqsədlə xammal kimi dəniz suyundan istifadə edərək hidrogen istehsalı texnologiyası iki fərqli marşrut formalaşdırmışdır. Birincisi, dəniz suyundan hidrogenin birbaşa istehsalı, yəni təbii dəniz suyuna əsaslanaraq, əsasən elektroliz və ya fotoliz yolu ilə istehsal olunur. İkincisi, dəniz suyunun dolayı hidrogen istehsalı dəniz suyundan duzsuzlaşdırmaq və çirkləri təmizləmək, dəniz suyunu duzsuzlaşdırmaq üçün əvvəlcə yüksək təmizlikli şirin su yaratmaq və sonra hidrogen istehsal etməkdir.

02

İki əsas üstünlük

Dənizdə hidrogen istehsal platformaları enerjinin uzunmüddətli saxlanması və ya gözəl kimyəvi maddələr üçün istehsal sahələri kimi istifadə oluna bilər ki, bu da yaşıl enerjinin kimyəvi istehsal sistemləri ilə sıx inteqrasiyasına imkan verir.

Dənizdə hidrogen istehsalı platforması dənizdə bərpa olunan elektrik enerjisinin istehlakı problemini həll edə bilər və yerində hidrogen və yaşıl ammonyak istehsal etmək üçün bərpa olunan elektrik enerjisindən istifadə dənizdə bərpa olunan enerjinin əsas tətbiqi üsuluna çevrilə bilər. gələcək.

03

Texniki çətinlik

Texniki çətinlik 1: Dəniz suyundakı bir çox çirklər katod hidrogen təkamülünün baş verməsinə təsir göstərir.

Elektrolitik su prosesində katoddan H2 çökür, katodda hidrogen təkamül reaksiyası üçün ən çətin problem təbii dəniz suyunda Na+, Mg2+, Ca2+ və s. kimi müxtəlif həll olunmuş kationların olmasıdır, əlavə olaraq, müxtəlif bakteriya, mikroorqanizmlər və kiçik hissəciklər var.

Bu çirklər dəniz suyunun elektrolizinin gedişi ilə elektrodu bağlayacaq, sonra elektrolitik sistemdə elektrod/katalizatoru zəhərləyəcək və ya yaşlanmasını sürətləndirəcək, nəticədə zəif davamlılıq yaranacaq.

Texniki çətinlik 2: xlorid ionları anodik korroziyaya səbəb olur və anodik oksigen təkamül reaksiyasına təsir edir

Suyun elektrolizi prosesində O2 adətən anoddan çökür. Bununla belə, dəniz suyunda çoxlu sayda xlorid ionlarının (Cl-) olması anod materialının ciddi korroziyasına səbəb olacaq ki, bu da elektrodun zədələnməsinə və yüksək gərginliyə səbəb olacaq və bununla da oksigenin səmərəli təkamülü reaksiyasına son qoyulacaq. Bundan əlavə, xlorid ionlarının yüksək konsentrasiyası anodda xlor oksidləşmə reaksiyasında da baş verəcək, katalizatorun aktiv yerini tutacaq və bununla da anod oksigeninin təkamül reaksiyasının səmərəliliyini azaldacaqdır.

Texniki çətinlik 3: Anodik oksigen təkamül reaksiyası və oksigen xlorlama reaksiyası arasında rəqabət

Dəniz suyunun elektrolizi prosesində anod iki reaksiyaya məruz qalacaq, yəni: oksigen təkamül reaksiyası (OER) və oksigen xlorlama reaksiyası (ClOR). Oksigenin təkamül reaksiyası: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1,23V (RHE ilə müqayisədə)

Xlor oksidləşmə reaksiyası: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71V (RHE ilə müqayisədə)

Görünür ki, ikisinin E0 oxşardır, bu, elektrolizatorun iş gərginliyini çox məhdudlaşdıran rəqabətli bir əlaqə yaradacaqdır. Bundan əlavə, həm ClOR reaksiyası, həm də hipoxlorit əmələ gəlməsi iki elektronlu reaksiyalardır və ClOR reaksiyası OER dörd elektron reaksiyasına nisbətən kinetik cəhətdən daha asandır, ona görə də OER həddindən artıq potensialının adətən ClOR-dan daha yüksək olduğu müşahidə edilir.

04

Araşdırma statusu

At present, hydrogen production from seawater is still in the early stage of research and testing, and still faces many challenges, but the research and development of hydrogen production from seawater electrolysis has made some progress. In 2022, Academician Xie Heping's team made a major original breakthrough in the field of direct hydrogen production from seawater, and innovatively established a new principle and technology of direct hydrogen production from seawater without desalination driven by phase transition and migration. There are many demonstration projects of seawater hydrogen production at home and abroad, but they are still small-scale pilots, and most of them are under construction or proposed.

Baxmayaraq ki, dəniz suyunun elektrolizi ilə hidrogen istehsalı kiçik və pilot sınaqlardan son sənaye geniş tətbiqinə qədər uzun bir yol keçməlidir. Bununla belə, biz inanırıq ki, hidrogen enerjisinin trilyon səviyyəli izində, bu texnologiya nəhayət tətbiq olunarsa, "dekarbonizasiya" yolunda ən dərin mürəkkəbi buraxacaq!