Un nuovo sistema innovativo può trasformare l’acqua di mare in carburante

Mar 14, 2023

Di SLAC National Accelerator Laboratory, 30 maggio 2023

Una rappresentazione del sistema di membrana bipolare del team che converte l'acqua di mare in gas idrogeno. Credito: Nina Fujikawa/SLAC National Accelerator Laboratory

Il cocktail di elementi presenti nell’acqua di mare, tra cui idrogeno, ossigeno, sodio e altri, è essenziale per la vita sulla Terra. Tuttavia, questa complessa composizione chimica rappresenta una sfida quando si tenta di separare il gas idrogeno per applicazioni energetiche sostenibili.

Recentemente, un team di scienziati dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia, dell’Università di Stanford, dell’Università dell’Oregon e della Manchester Metropolitan University ha scoperto un metodo per estrarre l’idrogeno dall’oceano. Raggiungono questo obiettivo incanalando l'acqua di mare attraverso un sistema a doppia membrana ed elettricità.

Il loro design innovativo si è rivelato efficace nel generare gas idrogeno senza produrre grandi quantità di sottoprodotti nocivi. I risultati del loro studio, recentemente pubblicati sulla rivista Joule, potrebbero contribuire a far avanzare gli sforzi per produrre carburanti a basse emissioni di carbonio.

"Molti sistemi acqua-idrogeno oggi cercano di utilizzare una membrana monostrato o a strato singolo. Il nostro studio ha riunito due strati", ha affermato Adam Nielander, uno scienziato associato del SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, SLAC-Stanford istituto congiunto. "Queste architetture di membrana ci hanno permesso di controllare il modo in cui gli ioni nell'acqua di mare si muovevano nel nostro esperimento."

Il gas idrogeno è un combustibile a basso contenuto di carbonio attualmente utilizzato in molti modi, ad esempio per far funzionare veicoli elettrici a celle a combustibile e come opzione di stoccaggio di energia a lunga durata – adatta a immagazzinare energia per settimane, mesi o più – per veicoli elettrici. griglie.

Molti tentativi di produrre gas idrogeno iniziano con acqua dolce o desalinizzata, ma questi metodi possono essere costosi e ad alto consumo energetico. L’acqua trattata è più facile da lavorare perché contiene meno sostanze – elementi chimici o molecole – che galleggiano in giro. Tuttavia, purificare l’acqua è costoso, richiede energia e aggiunge complessità ai dispositivi, hanno affermato i ricercatori. Un’altra opzione, l’acqua dolce naturale, contiene anche una serie di impurità che sono problematiche per la tecnologia moderna, oltre ad essere una risorsa più limitata sul pianeta, hanno affermato.

Per lavorare con l’acqua di mare, il team ha implementato un sistema di membrana bipolare, o a due strati, e lo ha testato utilizzando l’elettrolisi, un metodo che utilizza l’elettricità per guidare gli ioni, o elementi carichi, per eseguire la reazione desiderata. Hanno iniziato la loro progettazione controllando l’elemento più dannoso per il sistema dell’acqua di mare: il cloruro, ha affermato Joseph Perryman, ricercatore post-dottorato allo SLAC e a Stanford.

"There are many reactive speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">specie nell'acqua di mare che possono interferire con la reazione acqua-idrogeno, e il cloruro di sodio che rende salata l'acqua di mare è uno dei principali colpevoli", ha detto Perryman. "In particolare, il cloruro che arriva all'anodo e si ossida ridurrà la durata di un sistema di elettrolisi e può effettivamente diventare pericoloso a causa della natura tossica dei prodotti di ossidazione che includono cloro molecolare e candeggina."

La membrana bipolare nell'esperimento consente l'accesso alle condizioni necessarie per produrre idrogeno gassoso e impedisce al cloruro di raggiungere il centro di reazione.

"Stiamo essenzialmente raddoppiando i modi per fermare questa reazione del cloruro", ha detto Perryman.