Novo sistema inovador pode transformar água do mar em combustível

Mar 14, 2023

Por SLAC National Accelerator Laboratory, 30 de maio de 2023

Uma representação do sistema de membrana bipolar da equipe que converte a água do mar em gás hidrogênio. Crédito: Nina Fujikawa/SLAC National Accelerator Laboratory

O coquetel de elementos na água do mar, incluindo hidrogênio, oxigênio, sódio e outros, é essencial para a vida na Terra. No entanto, essa intrincada composição química representa um desafio ao tentar separar o gás hidrogênio para aplicações de energia sustentável.

Recentemente, uma equipe de cientistas do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia, da Universidade de Stanford, da Universidade de Oregon e da Manchester Metropolitan University descobriu um método para extrair hidrogênio do oceano. Eles conseguem isso canalizando a água do mar através de um sistema de membrana dupla e eletricidade.

Seu design inovador provou ser bem-sucedido na geração de gás hidrogênio sem produzir grandes quantidades de subprodutos nocivos. Os resultados de seu estudo, recentemente publicados na revista Joule, podem ajudar a avançar nos esforços para produzir combustíveis com baixo teor de carbono.

"Muitos sistemas de água para hidrogênio hoje tentam usar uma monocamada ou membrana de camada única. Nosso estudo reuniu duas camadas", disse Adam Nielander, um cientista associado do Centro SUNCAT para Ciência e Catálise de Interface, um SLAC-Stanford instituto comum. “Essas arquiteturas de membrana nos permitiram controlar a maneira como os íons na água do mar se moviam em nosso experimento”.

O gás hidrogênio é um combustível de baixo carbono atualmente usado de várias maneiras, como para operar veículos elétricos com célula de combustível e como uma opção de armazenamento de energia de longa duração – adequada para armazenar energia por semanas, meses ou mais – para veículos elétricos. grades.

Muitas tentativas de produzir gás hidrogênio começam com água doce ou dessalinizada, mas esses métodos podem ser caros e consumir muita energia. A água tratada é mais fácil de trabalhar porque tem menos coisas – elementos químicos ou moléculas – flutuando. No entanto, purificar a água é caro, requer energia e adiciona complexidade aos dispositivos, disseram os pesquisadores. Outra opção, a água doce natural, também contém uma série de impurezas que são problemáticas para a tecnologia moderna, além de ser um recurso mais limitado do planeta, disseram.

Para trabalhar com água do mar, a equipe implementou um sistema de membrana bipolar, ou de duas camadas, e o testou usando eletrólise, um método que usa eletricidade para conduzir íons, ou elementos carregados, para executar uma reação desejada. Eles começaram seu projeto controlando o elemento mais prejudicial ao sistema de água do mar – o cloreto, disse Joseph Perryman, pesquisador de pós-doutorado do SLAC e de 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"}]">espécies na água do mar que podem interferir na reação água-hidrogênio, e o cloreto de sódio que torna a água do mar salgada é um dos principais culpados", disse Perryman. "Em particular, o cloreto que chega ao ânodo e se oxida reduzirá a vida útil de um sistema de eletrólise e pode realmente se tornar inseguro devido à natureza tóxica dos produtos de oxidação que incluem cloro molecular e alvejante."

A membrana bipolar do experimento permite o acesso às condições necessárias para a produção de gás hidrogênio e evita que o cloreto chegue ao centro de reação.

"Estamos basicamente dobrando as maneiras de interromper essa reação do cloreto", disse Perryman.