研究人员使用能从水中去除盐分的膜来帮助将海水分解为燃料

宾州州立大学的一个研究小组说，太阳，风和海洋的力量可能很快就会结合起来，产生清洁燃烧的氢燃料。该团队将净水技术整合到一种新的概念设计中，用于海水电解槽，该电解槽使用电流将水分子中的氢和氧分开。

Kappe环境工程教授和Evan Pugh大学教授布鲁斯·洛根(Bruce Logan)表示，这种用于“海水分离”的新方法可以更轻松地将风能和太阳能转化为可存储的便携式燃料。

洛根说：“氢是一种很好的燃料，但必须制造。” “这样做的唯一可持续方式是使用可再生能源并从水中生产可再生能源。您还需要使用人们不希望用于其他用途的水，那就是海水。因此，生产的圣杯氢将结合沿海和近海环境中的海水，风能和太阳能。”

尽管海水丰富，但通常不用于分水。除非在进入电解槽之前对水进行脱盐处理(这是一个昂贵的额外步骤)，否则海水中的氯离子会变成有毒的氯气，从而使设备退化并渗入环境。

为了防止这种情况，研究人员插入了一个薄的半透膜，该膜最初是为在反渗透(RO)处理过程中净化水而开发的。RO膜代替了电解槽中常用的离子交换膜。

洛根说：“反渗透的目的是要对水施加很高的压力，然后将水推过膜，并保留氯离子。”

在电解槽中，海水将不再被推动通过反渗透膜，而是被反渗透膜所包含。膜用于帮助分离通过外部电源连接的两个浸没电极(带正电的阳极和带负电的阴极)附近发生的反应。打开电源后，水分子开始在阳极分裂，释放出称为质子的微小氢离子并产生氧气。然后，质子穿过膜并在阴极与电子结合形成氢气。

插入反渗透膜后，海水被保留在阴极侧，并且氯离子太大而无法穿过膜并到达阳极，从而避免了氯气的产生。

Logan指出，但是在水分解过程中，其他盐会故意溶解在水中，以帮助使其导电。通过电荷过滤离子的离子交换膜允许盐离子通过。反渗透膜没有。

根据宾州州立大学的研究人员的说法，使用这种设计的海水电解槽可以将海水转化为氢燃料。图片来源：Tyler Henderson

洛根说：“反渗透膜抑制盐的运动，但是在电路中产生电流的唯一方法是因为水中的带电离子在两个电极之间移动。”

随着较大离子的运动受到RO膜的限制，研究人员需要查看是否有足够的微小质子穿过孔隙，以保持较高的电流。

洛根说：“基本上，我们必须证明看起来像一条土路的道路可能是州际公路。” “我们必须证明，当两个电极之间存在一层不允许盐离子来回移动的膜时，我们可以通过两个电极获得大量电流。”

通过最近在《能源与环境科学》上发表的一系列实验，研究人员测试了两种市售的RO膜和两种阳离子交换膜，这是一种离子交换膜，可以使系统中所有带正电的离子移动。

对每种膜都进行了膜抗离子移动性测试，完成反应所需的能量，氢气和氧气产生，与氯离子的相互作用以及膜劣化。

洛根解释说，尽管其中一个反渗透膜被证明是一条“污垢之路”，但与阳离子交换膜相比，另一个反渗透膜表现良好。研究人员仍在研究为什么两种反渗透膜之间存在如此差异。

他说：“这个想法行得通。” “我们不知道为什么这两个膜的功能如此不同，但这是我们要弄清楚的。”

最近，研究人员从美国国家科学基金会(NSF)获得了30万美元的赠款，用于继续研究海水电解。洛根希望他们的研究在减少全球二氧化碳排放量方面发挥关键作用。

他说：“世界正在寻找可再生氢。” “举个例子，沙特已计划建立一个$ 5十亿氢是要使用海水设施。现在，他们不得不淡化水。也许他们可以用这个方法来代替。”

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