海水からの水素製造

地球の水の95%以上を占める海水は、KAUST主導のチームが開発した水分解触媒を使用して、クリーンな水素燃料を持続的に生産するための重要な資源となる可能性がある。

水の分解は、特に太陽光や風力などの再生可能エネルギー源と組み合わせる場合、カーボンニュートラルへの魅力的な方法を提供する可能性があります。 水の分解には、電気化学セル内での水の分解が含まれ、印加電圧下でカソードで水素が生成され、同時にアノードで酸素が生成されます。 しかし、淡水では良好に機能する水素および酸素発生触媒は、望ましくない反応を促進し触媒を毒する可能性のあるイオンが豊富に存在するため、海水では効果が低下します。

海水中に存在する腐食性の高い塩素イオンは、酸素の発生と競合する複雑な反応を起こし、次亜塩素酸塩などの有害な化合物を生成します。 水素の生成は両方の電極での安定した効率的な反応に左右されるため、これらのイオンは海水の分解にとって大きな課題です。

化学者は、次亜塩素酸塩の生成は、産業上のニーズを満たすために酸素発生反応よりも低い動作電圧を必要とするため、発生する可能性があると説明しています。

この問題に取り組む 1 つの方法は、より低い電圧要件で選択的アノード触媒を設計することです。 ニッケル-イリジウム単層アノード触媒は、金属成分間の相乗効果により、海水中での性能と安定性が向上しました。

チームは、海水分解用の高効率で安定した水素発生電極触媒を提供するアプローチを考案しました。 研究者らは、触媒が硫化モリブデンの保護シェルに包まれた小さな立方体反応器を作成した。 触媒コアは、炭素に担持されたモリブデンベースのレドックス活性化合物からなり、ゼオライトのような規則的なナノ多孔質構造を特徴としていました。
研究者らは、金属有機骨格ベースのアプローチを用いて、界面活性剤の存在下で金属錯体前駆体とリンカーイミダゾールを結合させ、ゼオライト状の亜鉛モリブデン立方体を生成した。 彼らは、得られた構造をエタノール中のチオアセトアミドと還流下で混合し、薄い硫化亜鉛の殻の中に閉じ込められた立方晶酸化モリブデン相を形成した。

次に、高温で立方晶相を硫化モリブデンでカプセル化された所望のレドックス活性化合物に化学変換した後、硫化亜鉛の外層を選択的にエッチングしてナノリアクターを作製した。

ナノリアクターは、淡水と海水の両方で高い電極触媒活性と安定性を示しました。 「顕著な活性と安定性は、その独特の構造に起因します。」

コアには水素生成を促進する多数の活性サイトが存在し、シェルにはその層内にいくつかの欠陥、特に水分子が浸透して内部活性サイトにアクセスできるサブナノメートルサイズの穴が存在しました。

この貝殻は鎖帷子として機能し、活性部位に塩が沈着するのを阻止して防止した。
ナノリアクターの階層構造により、電気分解が副反応から分離されます。 「スマートハウスと同様に、主な反応は室内で発生し、副反応は裏庭で発生します。」

信じられないかもしれませんが、海水は燃料の優れたベースとなります。 それは、海水には水素、酸素、ナトリウムなどの元素のカクテルが含まれており、これらはすべて地球上の生命の繁栄に不可欠だからです。 ここでの燃料部分は海水に含まれる水素から作られます。 残念ながら、残りの要素から水素ガスを取り出すことは、少なくとも今までは非常に困難でした。

この装置は、海水を漏斗システムに注入し、二重膜濾過システムを通過させることで海水燃料に相当するものを製造します。 このシステムはまた、電気を使用して海水から水素を引き出すことに成功し、海洋に存在する他の元素から水素を効果的に分離します。 この新しい研究の結果は、低炭素燃料を生産するための新たな取り組みを前進させるのに役立つ可能性があることを示しています。

ここでの大きな利点は、このシステムが他のシステムで見られたような有害な副産物を大量に生成しなかったことです。 現在の水から水素へのシステムのほとんどは単層膜を使用しています。 しかし、今回研究者らは 2 つの層を組み合わせ、実験内で海水中のイオンが移動する方法を制御するより良い方法を示し、実験をより効果的にしました。

海水を使用して水素燃料を作成できれば、水素は低炭素燃料であるため有用であることが証明され、現在は燃料電池電気自動車の走行に使用されており、エネルギー網の長期貯蔵オプションとしても機能します。 水素ガスを製造するこれまでの試みでは、真水または脱塩水が必要であり、成功した水淡水化システムを見てきましたが、それははるかに高価でエネルギー集約的です。
その理由は、水を使用前に浄化するには高価なシステムとエネルギーが必要であり、さらに装置の複雑さが増す一方、海水を使用して水素燃料を生成できる装置にはそうした余分な部品が必要ないからだ。

海水から水素を製造するというのは夢が現実になったように思えます。
豊富で、無料で、簡単です。
海水はほぼ無限の原材料源として供給されますが、ここにはそれを請求する人がいません。 バケツいっぱいのそれを誰でも無料で手に入れることができます。
業界の主要企業はこのアイデアに夢中になるはずです。
水素を抽出するプロセスは簡単です。 海水には大量の溶存水素ガスが含まれています。 それを抽出するには単純な電気分解が必要です。私たちは 10 代の頃、物理の授業でそれを行いました。

仕組みは次のとおりです
自然で保存可能で安全です
海水は、化石エネルギーへの依存を減らすのに役立つ可能性のある再生可能エネルギー源と考えられています。 また、抽出プロセスでは二酸化炭素は排出されません。

水素を貯蔵できる
貯蔵された水素は、必要なときに発電したり、車両に動力を供給したりするために使用できます。
雨の日や風のない日など、他の再生可能エネルギーの断続性を補います。 これは、大量の海水にアクセスできるものの、従来のエネルギー資源がほとんどない地域に最適です。
地球温暖化を抑制し、エネルギー安全保障を確保し、環境を保護することができます。

簡単、簡単、本当に
このプロセスはエネルギーを大量に消費します。海水からの水素の抽出には大量のエネルギーが必要で、全体的な効率は非常に低くなります。
生産には費用がかかります。インフラストラクチャの構築には、非常に高額な初期投資が必要です。 海水の塩分は腐食やその他の技術的問題を引き起こす可能性があるため、メンテナンスも重要です。
これらの場所はまれです。これらの場所では、水深と水質、エネルギー源への近さを考慮する必要があります。 すべての地域が海水からの水素製造に適しているわけではありません。
そして最後に、それはあなたが思っているほど安全ではありません。

このプロセスでは塩素ガスが発生します。
このガスは他の自然元素と結合してダイオキシンを形成し、水を汚染し、魚を汚染し、その魚を食べる人間やより大きな動物に移ります。

いくつかの例が必要ですか?
Water =>塩酸、あらゆる形態の生命体に対する急性毒性。
Hydrogen =>塩化水素ガス、爆発性の高い化合物
アセチレン。細菌や特定の種の藻類などの海洋生物によって生成されるガス。 それは爆発性の高い化合物であるジクロロエタンに結合します。

エーテル、特定の種の藻類に微量に含まれる。 これは、毒性の高い発がん性化合物であるクロロアセトアルデヒドに結合します。
アンモニア。海洋生物によって一般的に生成されます。 それは結合して、非常に有毒な呼吸器刺激物であるクロラミンになります。
クリーンエネルギー分野に革命をもたらす可能性を秘めた有望なイノベーション
海水からの水素製造は劇的な変化をもたらし、より持続可能な方法で地球温暖化に対処するのに役立つ可能性があります。
また、化石燃料への依存を減らし、よりクリーンで持続可能で手頃な価格の未来に向かう可能性もあります。
こうした約束があると、それに伴う多くの課題やリスクが見落とされやすくなります。
これは、経済とエネルギーの主要な関係者に対する私のお願いです。深呼吸して、落ち着いて少しの間考えてみましょう。

研究者らはプレスリリースで、水を浄化するには高価でエネルギーを大量に消費し、装置が複雑になるため、海水を使用する方が経済的な選択肢になると述べた。 さらに、天然の淡水には、地球上の資源が限られていることに加えて、現代の技術にとって問題となる不純物が含まれています。
海水から水素への膜システムの開発に加えて、研究チームは、この研究により海水イオンが膜をどのように移動するかについて全体的な理解が深まったと述べた。 この知識は、酸素ガスの生成などの他の分野に応用できる可能性があります。
さらに、電気分解によって酸素を生成する取り組みには、双極膜システムにおけるイオンの流れと変換の理解が不可欠であるとし、チームは実験で双極膜が水素の生成とともに酸素ガスを生成できることを示した。
チームは、より入手しやすく抽出しやすい材料を使用して電極と膜を改良することを目指しています。 この設計の強化により、輸送などのエネルギー集約的な活動のために水素を生成するために必要なサイズに電解システムを拡張することがはるかに簡単になる可能性があります。

製品は中国のすべての地域で販売され、世界各国に輸出されています。 アメリカ、ドイツ、モロッコ、ケニア、サウジアラビア、ベトナム、アルジェリア、インド、タンザニア、台湾など20以上の国と地域で販売されています。 中国航天、ペトロチャイナ、中国核集団、BYD、九里専門、トニーエレクトロニクス、鄭能源集団などの有名企業への提供に成功。 烏蘭堡、海口、海南、海南海口、雲南昆明などの多くのグリーン水素水素化ステーションがあり、グリーン水素製造プロジェクトを提供しています。