Водород, питьевая вода и уран прямо из моря: китайские исследователи создали уникальную установку

Китайские учёные создали систему мощностью 250 кВт для добычи водорода, пресной воды, урана и других полезных элементов из морской воды.

Результаты исследований показывают, что установка способна сократить энергопотребление 14,4 % по сравнению с традиционным щелочным электролизом воды. Группа исследователей под руководством Дэна Дехуэя и Лю Яньтина из Даляньского института химической физики при Китайской академии наук создала систему, призванную устранить серьезную проблему при производстве водорода из морской воды. 

Морская вода является богатым источником водорода, однако прямой электролиз сталкивается с рядом серьезных препятствий. Ионы хлорида в морской воде могут вступать в реакцию на аноде и приводить к коррозии электрода. Ионы кальция и магния также могут образовывать минеральные отложения на катоде, что впоследствии приведет к снижению производительности.

Второй метод предполагает сначала провести опреснение, а затем уже электролиз. Обратный осмос и дистилляция обеспечивают необходимое опреснение, однако это требует дополнительного оборудования и увеличивает энергопотребление.

Исследователи стремились найти способ рекуперации энергии, которая теряется в процессе. В исследовании отмечается, что коммерческие системы электролиза работают при температуре от от 80 до 90°C. При таких температурах около 30 % электроэнергии теряется в виде тепла.

Исследователи подключили электролизер к установке по опреснению, чтобы почувствовать это тепло. Отработанное тепло направляется в вакуумную дистилляционную колонну, где оно способствует кипению морской воды при температуре 40–50 °C. Пар конденсируется в пресную воду.

Китайские учёные заявляют, что система способна производить достаточное количество пресной воды для электролизера, оставляя при этом дополнительный запас. Концентрированную морскую воду также можно использовать для извлечения соли, урана, брома и других ценных ресурсов.

Установка мощностью 25 кВт была разработана в 2023 году. С тех пор исследователи усовершенствовали и увеличили её масштаб, доведя мощность до 250 кВт. Установка может производить 380 000 стандартных м³ водорода в год с чистотой 99,99%.

Система также генерирует 256 метрических тонн пресной воды в год. В ходе исследований система работала в течение 40 дней в режиме ежедневного запуска и остановки без заметного снижения производительности.

Исследования показали, что интегрированная система повысила эффективность использования электроэнергии на 14,4 % по сравнению с традиционным щелочным электролизом. Исследователи также установили, что установка может быть более конкурентоспособной по сравнению с традиционным опреснением морской воды с последующим электролизом.

Расчетная себестоимость производства водорода составляла $2,10 за кг за использование электроэнергии, вырабатываемой наземными ветровыми электростанциями по цене $0,033 кВт·ч. Стоимость возрастала до $2,90 за кг при использовании электроэнергии от солнечных модулей по цене $0,049 кВт·ч. В исследовании эти показатели сравнивались с текущими цена продажи водорода, что составляет около $3,90 за кг.

Как отметил Дэн Дехуэй; далее исследователи планируют сосредоточиться на улучшении катализаторов, повышении эффективности утилизации остаточного тепла от электролизеров и оптимизации рабочих параметров с помощью ИИ.

Результаты исследования показали, что опубликованы в журнале Nature Energy

Источник: Interesting Engineering