Nová technologie vyrobí vodík z běžné mořské vody se solární energií  
Elektrolýza mořské vody bývá pohromou pro elektrody. Nové elektrody s důmyslnými ochrannými vrstvami ze Stanfordu vydrží v mořské vodě neuvěřitelně dlouho a mohly by se stát základem řady zajímavých technologií.
Prototyp nového zařízení na výrobu vodíku. Kredit: H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney.
Prototyp nového zařízení na výrobu vodíku. Kredit: H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney.

Pomineme-li jeho zálibu ve vybuchování, tak je vodík geniálním palivem. Když ho spálíte, tak nevznikne žádný oxid uhličitý, nýbrž voda. Vychytané vodíkové technologie by tedy měly přispět ke zmírnění dopadů globálního oteplování. Sází na to řada odborníků. Taková scénář vyžaduje v zásadě jedinou věc, a to dostatek vodíku.

 

Chemik Hongjie Dai ze Stanfordu a jeho spolupracovníci objevili způsob, jak vyrábět vodík z normální mořské vody. Stačila jim k tomu solární energie, elektrody a voda ze Sanfranciského zálivu. Dosavadní technologie rozkladu vody na vodík a kyslík přitom obvykle vyžadují velmi čistou vodu. Taková voda je ovšem obvykle vzácná, a také drahá.

Hongjie Dai. Kredit: Stanford University.
Hongjie Dai. Kredit: Stanford University.

Jak říká Dai, abychom mohli vodíkem pohánět města nebo auta, tak bychom museli mít tolik vodíku, že není moc představitelné ho vyrábět z čisté vody. Na řadě míst, jako je třeba Kalifornie, jsou rádi, že mají aspoň tolik čisté vody, kolik potřebují pro lidi, průmysl a zemědělství.

 

Jednoduše řečeno, technologie Daiova týmu používá k výrobě vodíku elektřinu, čili elektrolýzu. To je starý a jednoduchý postup, který využívá zdroj energie připojený přes dvě elektrody k vodě. Když takové zařízení spustí, tak se ve vodě objeví bublinky. Na katodě vzniká plynný vodík a na anodě zase kyslík.


S mořskou vodou je ale problém. Záporně nabité chloridové ionty z mořské soli mohou zkorodovat anodu a tím drasticky zkrátit životnost zařízení na výrobu vodíku. Dai a spol. proto hledali způsob, jak by mohli zabránit chloridovým iontům v jejich destruktivním počínání. Udělali to tak, že potáhli anody ve svém zařízení sofistikovaně uspořádanými vrstvami ze sloučenin niklu bohatými na záporné elektrické náboje. Tyto vrstvy pak během elektrolýzy odpuzují chloridové ionty a zpomalují korozi anody.

Stanford University.
Stanford University.

Bez takových ochranných vrstev vydrží v mořské vodě anoda pro elektrolýzu asi jen 12 hodin. Pak se v podstatě rozpadne na prach. S ochrannými vrstvami týmu ze Stanfordu funguje anoda v mořské vodě více než 1 000 hodin. Další věc je, že kvůli korozi elektrod se při elektrolýze mořské vody doposud používal jen slabý elektrický proud. Dai a jeho tým dokázali využít při elektrolýze mnohem silnější proud než obvykle, což přispělo k rychlejší produkci vodíku z mořské vody. Podle Daie udělali rekord v síle proudu při elektrolýze vody.

 

Dai a jeho tým uskutečnili většinu experimentů v laboratoři, kde mohli regulovat množství elektřiny, které vstupovalo do systému. Postavili ale také prototyp, který jede na solární článek a vyrábí vodík a kyslík z mořské vody nabrané v Sanfranciském zálivu. Nová technologie by mohla mít velmi široké využití, které by sahalo daleko za výrobu vodíku. Mohla by například sloužit ponorkám nebo i potápěčům jako zdroj kyslíku bez nutnosti vynoření nad hladinu.


Video:  Hongjie Dai - Tech Talk: Energy Conversion & Storage


Literatura
Stanford University 18. 3. 2019, PNAS online 18. 3. 2019.

Datum: 20.03.2019
Tisk článku

Související články:

Nový pevný katalyzátor exceluje v rozkládání vody na vodík a kyslík     Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2017)
Nový důmyslný nanomateriál dovede získat vodík z mořské vody     Autor: Stanislav Mihulka (13.10.2017)
Hybridní systém z pevného materiálu vytěží z vody více vodíku     Autor: Stanislav Mihulka (01.01.2018)



Diskuze:

elektrochemický potenciál

Florian Stanislav,2019-03-23 19:39:38

2 H2O + 2e- ---> H2 + 2OH- elektrochemický potenciál je -0,83 V.
2Cl- --->Cl2 + 2e- elektrochemický potenciál je -1,36 V.
Jodidy na jod elektrochemický potenciál je -0,53 V.
Jde tedy o to, jakým napětím se elektrolýza mořské vody jako roztoku mnoha iontů provádí.
Vodík při eletrolýze vzniká na katodě. Kyslík, chlor..na anodě. Na katodě tedy vodík nemá jako plyn konkurenci.
Velmi bych se divil, kdyby s halogeny na anodě nebyl ekologický problém. Nebo ekonomický jistě, při neutralizaci pomocí při elektrolýze vznikajícího NaOH a KOH.
Materiál elektrod snad všemocný grafen, který je výborně elektricky vodivý. Dobrou odolnost mají taky nikl-uhlíkové materiály ¨
https://e-konstrukter.cz/prakticka-informace/chemicka-odolnost-ruznych-materialu-korozivzdornost

Odpovědět

Vietnamská pomsta ve videu v 17:53´´ tvrdí: elektrolýza 1,5 V z Energizer šetří 20% energie oproti elektrolýze 2 V;; 2 V x 0,8 x = 1,6 V. Ano, i čerstvé z Bateria Slaný mají až 1,7 V. Proudová hustota slavné elektrolýzy neudána, či nepoužitelná.

Josef Hrncirik,2019-03-21 08:13:19

Odpovědět


Re: Vietnamská pomsta ve videu v 17:53´´ tvrdí: elektrolýza 1,5 V z Energizer šetří 20% energie oproti elektrolýze 2 V;; 2 V x 0,8 x = 1,6 V. Ano, i čerstvé z Bateria Slaný mají až 1,7 V. Proudová hustota slavné elektrolýzy neudána, či nepoužitelná.

Josef Hrncirik,2019-03-21 09:39:08

Najdeme-Li, že se to dá najít jako 10.1073/pnas.1900556116 ,což je naštěstí zdarma, vidíme na vlastní oka, že se sice elektrolyzuje skoro mořská voda (1M KOH + real sea water při neznámé teplotě; či 6M KOH + 1,5 M NaCl při 80°C). Z fig. 2C je patrno že ani s 1M KOH mořská voda se pouhými 1,5 V vůbec neelektrolyzuje (proudová hustota = 0).
Pro zmatení nepřátel se občas udává potenciál samotných elektrod oproti standardní vodíkové (RHE). V legendě uvedený odpor 0,95 Ohm pro málo olouhovanou mořskou vodu a 0,55 Ohm pro louhovanou 6M KOH bez uvedení plochy či vzdálenosti není k ničemu. Možná je to vztaženo na cm2 sestavy a možná bylo rafinovaně odečteno. Pokud však stále elektrolyzují mořskou vodičku, v systému se jim sráží uhličitany Ca a Mg, roste koncentrace NaCl a z KOH vzniká částečně uhličitan.
Buď to nenápadně vylévají do Velkého Oceánu, nebo to musí separovat.
Potom je ale lepší do KOH lít odvzdušněnou dešťovku, nebo vodu odsolit.
Náklady na odsolení jsou totiž cca jen tisícina či jen pětitisícina nákladů na elektrolýzu energeticky a nejspíše i věcně.
Pro elektrolýzu je rozhodující celková voltage a proudová hustota.
Průmysl (odpis investice) obvykle vyžaduje 0,4-1 A/cm2 déle než 1000 h (potom zafunguje curvítko).
Na obr. 2.d slabě olouhovanou M KOH mořskou vodičku při proudové hustotě 0,4 A/cm2 museli mučit 2,13 V, aby se rozložila. Účinnost elektrolýzy pak byla menší než 1,23/2,13 = 58%. Tak to vypadá s čistou mořskou vodičkou s pouhými 6% KOH.
Jak je to s odporovými ztrátami možná neví ani ALLAH.
AKBAR!!!

Odpovědět

Vodíkem to nemusí končit

Jiri Naxera,2019-03-20 11:10:49

Tak když máte problém s vodíkem, tak si tam z pevniny dotáhněte trubku s CO2 a druhou trubkou můžete odvádět na pevninu metan (Sabatier). Nebo syntetickou naftu (Fisher-Tropsch process).
Použitelnost záleží na tom, jakou bude mít ta celá opičárna náklady a životnost.

Potápěče si taky nedovedu představit, kde by vzal dostatnčně silný zdroj proudu na elektrolýzu, který neváží víc než z něj vygenerovaný kyslík včetně tlakové lahve, ale u ponorky s jaderným reaktorem to smysl dává.

Odpovědět


Re: Vodíkem to nemusí končit

Petr Kr,2019-03-20 11:51:10

Mně se to taky zdá zajímavé téma, ovšem životnost 1000 hod. asi nebude stále uspokojivá. Jinak potápěč se většinu času nachází nad vodou a dole by navíc potřeboval kompresor na tlakování do lahví. Takže jste asi nepochopili, že výprava velrybářská nemusí ukončit lov a jít vrátit zálohované láhve do konzumu. Prostě si jich pár na lodi znovu naplní.

Odpovědět


Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Jiri Naxera,2019-03-20 12:04:02

1000 hodin je něco přes měsíc - to není žádná tragédie když jednou měsíčně vezme údržbář loďku a povyměňuje anody.

Odpovědět


Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Petr Kr,2019-03-20 13:04:40

Asi nebude muset vždy jet pro anody. Některé přijedou samy s potápěčem. 1000 h je dokonce 6 týdnů. Jde spíš o to, jestli ty anody budou stát váhově a cenově za to, abych to stále řešil.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Pavel Nedbal,2019-03-20 19:16:20

Eee, co to tu páchne,
pokud je mi známo, elektrolýzou roztoku NaCl vzniká sice na katodě vodík, ale na anodě chlor (nějaký ten kyslík taky). Pokud jste viděli německý film Das Boot, tedy ponorku, pak měli moc velký strach, aby pronikající mořská voda se nedostala k akumulátorům. Takže tak.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Josef Hrncirik,2019-03-21 07:36:00

Asad z m3 mořské vody vyrobí 6,8 m3 chloru (STP), tj. 21 kg.
Kdyby se proanektoval až k Mrtvému Moři, to by bylo mrtvých!

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Josef Hrncirik,2019-03-21 10:04:07

Aby jim tam přednostně či ve velké míře nevznikal chlor, tak do mořské vodičky přidali jenom 6 až 36% KOH.
Akorát to jasně neřekli novinářům.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Josef Hrncirik,2019-03-21 20:42:47

V kapitole significance pochopitelně páší o báječné korozivzdornosti elektrod oproti korozi chloridy na anodě. O 6M KOH a pro jistotu ani o 1M KOH v mořské vodičce pochopitelně tam není ani zmínka. Prý NATO stačí hierarchical anode with polyanion-rich passivating layers responsible for chloride repelling and high corrosion resistance.
Správně TO pan Mihulka přeložil. Že to platí jen v 1M KOH při pH cca 14 a ještě lépe při pH cca 14,8 v 6M KOH je přece jasné. Však se TO přeci v textu stále objevuje
...1M KOH či častěji 6M KOH ... . V prototypu na obr.1 to pochopitelně neelektrolyzují již při napětí 1,5 V; kdy se nic neděje, ale osolili to pro jistotu na 2,85 V (na stupnici), aby bylo vidět bublinky ve filmu. Na elektrolyzéru sice není pozor žíravina (6 % KOH; pH cca 14) a lebka, ale pro jistotu mají gumové rukavice.
Nic nezatajují. Movie S1 je jasně nazváno: Commercial silicon solar cell driven electrolysis of alkaline seawater.

Pochopitelně při pH 14 v min. 6% KOH v mořské vodě aby se přednostně z vody vylučoval O2 a nikoliv Cl2. Ten by zle zatočil i s hierarchickými anodami.
Pochopitelně že 36% KOH v mořské vodičce ničím nenahradíš.
Chytrost skutečně nejsou žádné čáry.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Vodíkem to nemusí končit

Stanislav Raška,2019-03-21 13:05:51

Tohle jsem zjistil také už při pokusech v pubertálním věku náhradou NaCl za H2SO4.
Skutečně velké objevy přichází náhle a bez větší publicity. Jinak to skutečně páchne!

Odpovědět

Rozkaz zněl jasně :

Jaroslav Lepka,2019-03-20 10:15:22

perpetuum mobile za každou cenu. Akorát ho pořád vymýšlí snílci odkojení sci-fi od psacího stolu a bez náležitého vzdělání. Problémy s dopravou skladováním a eventuelně energetickou hustotou vodíku se jednoduše ignorují, úplně stejně jako produkce elektřiny v masivně (a nedomyšleně) propagované elektromobilitě. Samozřejmě je to zajímavý krok v produkci vodíku a kyslíku, ale přiznávat výhodu např. potápěčům výrobou kyslíku je opravdu zajímavý námět. Pro O.Neffa při nějaké další úpravě verneovek. Možná.

Odpovědět


Re: Rozkaz zněl jasně :

Alexandr Kostka,2019-03-20 19:14:54

Elektromobilní nesmysl se během pár (2-3) let vyřeší sám. Buď opravdu přijdou nové a efektivnější baterie (a tudíž to přestane být nesmysl) nebo dojde kobalt potřebný pro li ion a tím pádem nesmysl skončí, protože baterie nebudou. Bohužel, tato varianta zahrnuje, že nebudou ani baterky k mobilům, foťákům, ntb..

Odpovědět


Re: Re: Rozkaz zněl jasně :

Josef Hrncirik,2019-03-21 07:49:37

Kobalt se dá zčásti a nakonec úplně nahradit niklem, manganem či FePO4.
Problém bude hlavně s Li. Momentálně stojí 1kg čistého kovu cca 2000,-Kč;
Kov vázaný v karbonátu je jen za polovic.
Li bude zapotřebí i pro výrobu T do T+D= He+n; Li6+n=He+T;
bude chybět i do bombiček LiD=2He

Odpovědět


Re: Re: Re: Rozkaz zněl jasně :

Milan Štětina,2019-03-21 08:45:23

Taky mám obavu spíše o to lithium než kobalt, ale:
-ropa dojde (resp. nedojde úplně, ale neúnosně se zdraží) během 10, maximálně 20 let. Jen je divné, že různí lidé to tvrdí od roku 1970 (možná i dříve) - poříd těch 10 až 20 let, takže už jsme nejméně 30 let po termínu a pořád nic. Ona tedy ta ropa pravděpodobně dojde (je možné, že jsou pravdivé některé obskurní teorie o tom, že ropa v zemské kůře neustále vzniká a pak by nedošla), ale technologický pokrok a částečně cena (se zdražením se vyplatí těžit ložiska, které se dříve nevyplatilo) to stále odsouvá. Navíc pokud se opravdu nehorázně zdraží, nahradí se nečím jiným (pro energetické účely například uranem).
-s lithiem to bude podobné, navíc ta ropa se z velké části ničí spalováním, lithium lze z baterií ne příliš obtížně recyklovat (to, že se to zatím nedělá je způsobeno tím, že je pořád levnější vykopat nové).
-ve fyzice a chemii (lithiových) baterií se neorientuji, ale vím, že se používají různé materiály na katodu, anodu i elektrolyt. Některé konfigurace poskytují velké proudy, ale malou životnost, jiné naopak, další faktory jsou hmotnost, hořlavost a také cena. Některé parametry jsou důležitější v autě jiné v mobilu a ještě jiné ve stacionárních úložištích. Takže to, že kobalt lze okamžitě nahradit není pravda, ale vývoj stále probíhá, takže dříve nebo později to pravděpodobně půjde.

Odpovědět


Re: Re: Re: Rozkaz zněl jasně :

Alexandr Kostka,2019-03-21 14:03:41

Lithium je jen problém ceny, plus lze poměrně snadno rozšířit těžbu. Přijdete s balíkem dolarů a otevřete xy nových dolů. Cobalt budou muset nahradit, protože ten vě větším mnopžství těžit neumíme. Je pouze doprovodným prvvkem a rozšíření současné těžby je skoro nemožné. A i kdyby se provedlo maximum, nejde získávat desítky let potřebný x násobek.

PS: pokud pominu drobný morální problém, že "zelení" vykřikují něco o ekologii a životním prostředí a přitom kobalt ve velkém těží otroci a děti a ráchají se přitom v jedech. Ale jak "zelený" nevidí přímo díru do země, je to podle něj v pořádku, on žije mentálně na jiné planetě.

Odpovědět


Re: Rozkaz zněl jasně :

Josef Šoltes,2019-03-21 10:59:34

Vodík je úplný nesmysl, ale o EV bych se nebál. Vývoj v bateriích je enormní. SSD baterie jsou za dveřmi a průlomová hustota umožňující dojezd 1000 km také. A výroba elektřiny pro EV není už vůbec problém.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace