Một nhóm nghiên cứu ở Trung Quốc đã phát triển thiết bị có khả năng tách nước biển mặn để sản xuất hydro trực tiếp. Hệ thống này gồm một máy điện phân nước biển dựa trên màng, giúp giải quyết các vấn đề về phản ứng phụ và ăn mòn của các phương pháp truyền thống.
Họ đã tuyên bố về mô hình của mình “chạy hơn 3.200 giờ trong điều kiện ứng dụng thực tế mà không gặp sự cố”.
Phương pháp tách hydro truyền thống thiếu bền vững
Hầu hết hydro được sản xuất ngày nay là từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch, có thể làm tăng đáng kể lượng khí thải carbon. Điện phân nước mặn sử dụng năng lượng tái tạo làm đầu vào là một phương pháp bền vững, rất được mong đợi để sản xuất hàng loạt hydro xanh.
Tuy nhiên, một vấn đề ở đây là các đặc tính của nước muối thường dẫn đến sự ăn mòn các điện cực sử dụng trong hệ thống khác nhau, khiến chúng không hoạt động được.
Hầu hết hydro được sản xuất ngày nay là từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch. (Ảnh minh họa).
Quá trình khử muối có thể giải quyết vấn đề, “nhưng nó đòi hỏi đầu vào năng lượng bổ sung, khiến nó trở nên tốn kém về mặt kinh tế.” Kích thước của thiết bị tham gia vào quá trình khử muối cũng làm cho các giải pháp đó kém linh hoạt hơn.
Phương pháp mới hoạt động như thế nào?
Một máy điện phân thường gồm 2 điện cực được phủ chất xúc tác và một màng ngăn cách các thành phần cấu thành – hydro và oxy. Sự hình thành khí lo có tính ăn mòn cao trong quá trình này dẫn đến chất xúc tác và điện cực xuống cấp nhanh hơn. Các ion magie và canxi trong nước biển cũng có thể làm tắc màng. Những yếu tố này làm giảm hiệu quả tổng thể và tuổi thọ của các thiết bị đó.
Nhóm nghiên cứu Trung Quốc nói rằng biện pháp mới của họ hiện thực hóa quá trình điện phân nước biển trực tiếp hiệu quả, linh hoạt về quy mô và có thể mở rộng theo cách tương tự như tách nước ngọt mà không làm tăng đáng kể chi phí vận hành.
Họ sử dụng dung dịch điện phân kali hydroxit đậm đặc để nhúng các điện cực, một màng xốp giúp tách dung dịch điện phân ra khỏi nước biển. Màng giàu flo chặn nước lỏng nhưng cho phép hơi nước đi qua.
Trong quá trình điện phân, nước trong dung dịch điện phân sẽ bị thải vào các thành phần cấu tạo của nó, dẫn đến sự thay đổi áp suất giữa chất điện phân và nước biển, khiến nước biển bay hơi. Đồng thời, nước đi qua màng vào chất điện phân và chuyển trở lại thành nước lỏng, bổ sung lượng dự trữ cho chu kỳ tiếp theo.
Điều quan trọng của phương pháp mới, cấu hình và cơ chế này hứa hẹn các ứng dụng tiếp theo trong đồng thời xử lý nước thải dựa trên nước, phục hồi tài nguyên và tạo ra hydro trong một bước.
Các nhà nghiên cứu khẳng định thiết bị của họ cùng với việc sản xuất hydro có thể thu hồi lithium từ nước biển. Các ứng dụng khác của thiết bị có thể mở rộng như làm sạch nước ngọt công nghiệp.