Морская вода состоит из водорода, кислорода, натрия и прочих элементов, необходимых для жизни на Земле, но они же затрудняют получение из нее газообразного водорода, источника чистой энергии. Ученые из США и Великобритании нашли способ выделить водород из океана с помощью двойной мембраны и электричества и без большого количества побочных продуктов. Инновационная конструкция доказала свою эффективность в испытаниях.

Во многих современных системах преобразования воды в водород используются мономолекулярные или однослойные мембраны. Специалисты из Национальной ускорительной лаборатории, Стэнфордского университета, Университета штата Орегон и Городского университета Манчестера разработали новую архитектуру мембраны, которая дает возможность контролировать движение ионов в морской воде, пишет EurekAlert.

Газ водород — низкоуглеродное топливо, которое можно использовать в наземном, морском и воздушном транспорте, а также для долговременного хранения излишков энергии. Многие исследовательские команды ищут варианты получения водорода из пресной или опресненной воды — с ней проще работать, но очистка воды от примесей стоит дорого и требует значительных энергетических затрат, а запасы питьевой воды на планете ограничены.

Для прямого получения водорода из морской воды ученые разработали двухполюсную, или двухслойную мембранную систему и проверили ее на электролизе, процессе, при котором под действием электричества ионы вступают в нужную реакцию. При этом новый метод прошел проверку на самом вредоносном элементе морской воды — хлориде. Хлорид натрия не только придает воде соленый вкус, но и становится небезопасным из-за токсичности продуктов окисления, а также сокращает сроки службы систем электролиза.

Идеальная мембрана выполняет три основных функции: выделяет водород и кислород из морской воды; способствует перемещению исключительно ионов водорода и гидроокиси, но мешает другим ионам морской воды; помогает предотвратить нежелательные реакции. Добиться всех трех трудно, но команда исследователей поставила себе именно такую задачу.

В ходе эксперимента двухполюсная мембрана обеспечила условия, необходимые для производства водорода и предотвратила попадание хлорида в реакционный центр. По словам ученых, они вдвое повысили защиту системы от этого вещества.

Протоны, проходя сквозь один из слоев мембраны, взаимодействовали с отрицательно заряженным электродом. Вторая мембрана пропускала только отрицательные ионы. В качестве дополнительной защиты один из слоев содержал отрицательно заряженную группу, которая мешала другими нежелательным ионам, например, хлориду, попасть туда, где их быть не должно.

Мембрана показала высокую эффективность в испытании, заблокировав почти все ионные хлориды, и при этом не вырабатывала ядовитые побочные продукты вроде отбеливателя или хлора. В дальнейшем изобретатели планируют найти более доступные материалы для создания подобных мембран.

Еще один источник возобновляемой энергии продемонстрировали ученые из Японии. Они сделали важный шаг в понимании принципов работы наноустройств в сфере генерации энергии из соленой воды и предложили метод получения «голубой» энергии океана в промышленном масштабе. Лабораторные испытания оказались успешными, теперь дело за экспериментами в реальных условиях.

Источник - https://hightech.plus/2023/04/12/dvoinaya-membrana-neposredstvenno-prevrashaet-morskuyu-vodu-v-vodorod