Zer da hidrogenoaren ekoizpena itsasoko uretatik? Zergatik hainbeste arreta? Zeintzuk dira zailtasun teknikoak?

Zergatik erakarri du hainbeste arreta itsasoko uraren elektrolisi zuzenaren bidez hidrogenoa ekoizteko proba pilotuaren arrakastak? Zein zaila da hori? Zeintzuk dira itsasoko uraren elektrolisiaren bidez hidrogenoa ekoizteko gainditu behar diren zailtasun teknikoak?

01

Hidrogenoaren ekoizpena itsasoko uretatik

Uraren elektrolisiaren bidez hidrogenoaren ekoizpena hidrogeno berdea prestatzeko teknologia oso garrantzitsutzat hartzen da. Gaur egun, merkaturatutako uraren elektrolisi teknologiak ur geza erabiltzen du elektrolito gisa. Denok dakigunez, munduko ur gezaren baliabideak oso mugatuak dira, hidroelektrizitatea hidrogenoa ekoizteko eskala handiko aplikazioarekin, eta horrek, dudarik gabe, ur gezaren baliabideen eskasia areagotzen du. Aitzitik, itsasoko urak baliabide ugari ditu, eta horrek “itsasoko uraren hidrogenoaren ekoizpena” ideia sortzen du.

Ur gezak ez bezala, Lurraren ur-bolumen osoaren ehuneko 96,5 hartzen baitu, itsasoko urak konposizio konplexua du 90 produktu kimiko eta elementu baino gehiagorekin. Itsasoko urak dituen ioi, mikroorganismo eta partikula kopuru handi batek arazoak sor ditzakete, hala nola, alboko erreakzioen lehia, katalizatzaileen inaktibazioa eta diafragma blokeatzea hidrogenoa ekoizteko garaian.

Horretarako, itsasoko ura lehengai gisa erabiliz hidrogenoa ekoizteko teknologiak bi ibilbide ezberdin osatu ditu. Lehenik eta behin, itsasoko uretatik hidrogenoaren ekoizpen zuzena, hau da, itsasoko ur naturalean oinarrituta, elektrolisi edo fotolisi bidez sortzen da batez ere. Bigarrenik, itsasoko uraren zeharkako hidrogeno-ekoizpena itsasoko uraren ezpurutasunak desalinatzea eta kentzea da, itsasoko ura gatzatzea lehenik garbitasun handiko ur geza sortzeko eta, ondoren, hidrogenoa ekoiztea.

02

Bi abantaila nagusi

Offshore hidrogenoa ekoizteko plataformak energia epe luzerako biltegiratze gisa erabil daitezke edo produktu kimiko finen ekoizpen gune gisa, energia berdea ekoizpen kimikoko sistemekin estuki integratzeko aukera emanez.

Itsasoko hidrogenoa ekoizteko plataformak itsasoko elektrizitate berriztagarriaren kontsumoaren arazoa konpon dezake, eta elektrizitate berriztagarriaren erabilera hidrogenoa eta amoniako berdea lekuan ekoizteko erabil daiteke itsasoko energia berriztagarri zabalaren aplikazio metodo nagusia. etorkizuna.

03

Zailtasun teknikoa

1. zailtasun teknikoa: itsasoko uretan dauden ezpurutasun askok eragiten dute hidrogeno katodoaren bilakaeran

Ur elektrolitikoaren prozesuan, katodotik H2 hauspeatzen da, katodoaren hidrogenoaren bilakaeraren erreakziorako, arazorik zailena itsasoko ur naturalean hainbat katioi disolbatuta daudela da, hala nola Na+, Mg2+, Ca2+, etab., gainera, hainbat bakterio, mikroorganismo eta partikula txiki-txiki daude.

Ezpurutasun horiek itsas-uraren elektrolisiaren aurrerapenarekin elektrodoa trabatu egingo dute, eta, ondoren, elektrodo/katalizatzailearen zahartzea sistema elektrolitikoan pozoitu edo bizkortuko dute, iraunkortasun eskasa eraginez.

2. zailtasun teknikoa: kloruro ioiek korrosio anodikoa eragiten dute eta oxigeno anodikoaren bilakaera erreakzioan eragiten dute

Uraren elektrolisi prozesuan, anodotik O2 hauspeatzen da normalean. Hala ere, itsasoko uretan kloruro-ioi (Cl-) kopuru handi bat egoteak anodoaren materialaren korrosio larria eragingo du, eta horrek elektrodoen kaltea eta tentsio altua ekarriko ditu, eta horrela oxigenoaren bilakaera erreakzio eraginkorra amaituko da. Horrez gain, kloruro ioien kontzentrazio handia anodoaren kloroaren oxidazio erreakzioan ere gertatuko da, katalizatzailearen gune aktiboa okupatuz, eta horrela anodoaren oxigenoaren bilakaeraren erreakzioaren eraginkortasuna murriztuko da.

Zailtasun teknikoa 3: Oxigenoaren bilakaera anodikoaren erreakzio eta oxigenoaren klorazio erreakzioaren arteko lehia

In the process of seawater electrolysis, the anode will undergo two reactions, namely: oxygen evolution reaction (OER) and oxygen chlorination reaction (ClOR). Oxygen evolution reaction: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (vs. RHE)

Kloroaren oxidazio erreakzioa: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71V (RHE alderatuta)

Ikusten da bien E0 antzekoa dela, eta horrek lehia-erlazioa sortuko du, eta horrek asko mugatzen du elektrolizagailuaren lan-tentsioa. Horrez gain, bai ClOR erreakzioa bai hipokloritoa eraketa bi elektroi erreakzioak dira, eta ClOR erreakzioa errazagoa da zinetikoki OER lau elektroi erreakzioa baino, beraz, OER gainpotentziala ClORrena baino handiagoa dela ikusi ohi da.

04

Ikerketaren egoera

Gaur egun, itsasoko uraren hidrogenoaren ekoizpena ikerketaren eta probaren hasierako fasean dago oraindik, eta erronka asko ditu oraindik, baina itsasoko uraren elektrolisiaren hidrogenoaren ekoizpenaren ikerketak eta garapenak aurrerapen batzuk egin ditu. 2022an, Xie Heping akademikoaren taldeak jatorrizko aurrerapen handia egin zuen itsasoko uretatik zuzenean hidrogenoa ekoizteko alorrean, eta era berritzailean ezarri zuen itsasoko uretatik zuzenean hidrogenoa ekoizteko printzipio eta teknologia berri bat, fase-trantsizio eta migrazioak bultzatuta gatzgabetzerik gabe. Itsasoko hidrogenoa ekoizteko froga-proiektu asko daude etxean eta kanpoan, baina oraindik eskala txikiko pilotuak dira, eta gehienak eraikitzen edo proposatzen ari dira.

Itsasoko uraren elektrolisiaren bidez hidrogenoaren ekoizpenak proba txiki eta pilotuetatik azken aplikazio industrialetara bide luzea badu ere. Hala ere, uste dugu hidrogenoaren energiaren bilioi-mailako ibilbidean, azkenean teknologia hori aplikatuz gero, tintarik sakonena "deskarbonizazioaren" bidean utziko duela!