கடல்நீரில் இருந்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி என்றால் என்ன? ஏன் இவ்வளவு கவனம்? தொழில்நுட்ப சிக்கல்கள் என்ன?

கடல்நீரின் நேரடி மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யும் சோதனையின் வெற்றி ஏன் இவ்வளவு கவனத்தை ஈர்த்தது? அது எவ்வளவு கடினம்? கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய வேண்டிய தொழில்நுட்ப சிக்கல்கள் என்ன?

01

கடல் நீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி

நீர் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி மிகவும் முக்கியமான பச்சை ஹைட்ரஜன் தயாரிப்பு தொழில்நுட்பமாக கருதப்படுகிறது. தற்போது, ​​வணிகமயமாக்கப்பட்ட நீர் மின்னாற்பகுப்பு தொழில்நுட்பம் புதிய நீரை எலக்ட்ரோலைட்டாகப் பயன்படுத்துகிறது. நாம் அனைவரும் அறிந்தபடி, உலகளாவிய நன்னீர் வளங்கள் மிகவும் குறைவாகவே உள்ளன, ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய பெரிய அளவிலான நீர்மின்சார பயன்பாடு, இது சந்தேகத்திற்கு இடமின்றி புதிய நீர் ஆதாரங்களின் பற்றாக்குறையை அதிகரிக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, கடல் நீர் வளங்களில் நிறைந்துள்ளது, இது "கடல் நீர் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி" என்ற கருத்தை உருவாக்குகிறது.

புவியின் மொத்த நீர் அளவின் 96.5 சதவீதத்தைக் கொண்டிருக்கும் நன்னீர் போலல்லாமல், கடல் நீர் 90 க்கும் மேற்பட்ட இரசாயனங்கள் மற்றும் தனிமங்களை உள்ளடக்கிய சிக்கலான கலவையைக் கொண்டுள்ளது. கடல்நீரில் உள்ள ஏராளமான அயனிகள், நுண்ணுயிரிகள் மற்றும் துகள்கள் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் போது பக்க எதிர்வினை போட்டி, வினையூக்கி செயலிழத்தல் மற்றும் உதரவிதானம் அடைப்பு போன்ற சிக்கல்களுக்கு வழிவகுக்கும்.

இந்த நோக்கத்திற்காக, கடல்நீரை மூலப்பொருளாகப் பயன்படுத்தி ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி தொழில்நுட்பம் இரண்டு வெவ்வேறு வழிகளை உருவாக்கியுள்ளது. முதலாவதாக, கடல் நீரிலிருந்து ஹைட்ரஜனின் நேரடி உற்பத்தி, அதாவது இயற்கையான கடல்நீரை அடிப்படையாகக் கொண்டது, முக்கியமாக மின்னாற்பகுப்பு அல்லது ஒளிச்சேர்க்கை மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. இரண்டாவதாக, கடல்நீரின் மறைமுக ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியானது கடல்நீரில் உள்ள அசுத்தங்களை உப்புநீக்கம் செய்து அகற்றுவது, கடல்நீரை உப்புநீக்கம் செய்து முதலில் உயர் தூய்மையான புதிய நீரை உருவாக்குவது, பின்னர் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வது.

02

இரண்டு முக்கிய நன்மைகள்

Offshore hydrogen production platforms can be used as long-term storage of energy or production sites for fine chemicals, allowing green energy to be closely integrated with chemical production systems.

கடலோர ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி தளம் தொலைதூர கடல் புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தின் நுகர்வு சிக்கலை தீர்க்க முடியும், மேலும் ஹைட்ரஜன் மற்றும் பச்சை அம்மோனியாவை உற்பத்தி செய்ய புதுப்பிக்கத்தக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துவது தொலைதூர கடல் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலின் முக்கிய பயன்பாட்டு முறையாக மாறக்கூடும். எதிர்காலம்.

03

தொழில்நுட்ப சிரமம்

தொழில்நுட்ப சிரமம் 1: கடல் நீரில் உள்ள பல அசுத்தங்கள் கேத்தோடு ஹைட்ரஜன் பரிணாம வளர்ச்சியை பாதிக்கிறது

மின்னாற்பகுப்பு நீரின் செயல்பாட்டில், கேத்தோடிலிருந்து H2 வீழ்படிவு செய்யப்படுகிறது, கத்தோட் ஹைட்ரஜன் பரிணாம எதிர்வினைக்கு, மிகவும் சவாலான பிரச்சனை என்னவென்றால், இயற்கை கடல் நீரில் Na+, Mg2+, Ca2+ போன்ற பல்வேறு கரைந்த கேஷன்கள் உள்ளன. பல்வேறு பாக்டீரியாக்கள், நுண்ணுயிரிகள் மற்றும் சிறிய துகள்கள் உள்ளன.

இந்த அசுத்தங்கள் கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பின் முன்னேற்றத்துடன் மின்முனையை அடைத்துவிடும், பின்னர் மின்னாற்பகுப்பு அமைப்பில் உள்ள மின்முனை/வினையூக்கியின் வயதானதை விஷமாக்குகிறது அல்லது துரிதப்படுத்துகிறது, இதன் விளைவாக மோசமான நீடித்திருக்கும்.

தொழில்நுட்ப சிரமம் 2: குளோரைடு அயனிகள் அனோடிக் அரிப்பை ஏற்படுத்துகிறது மற்றும் அனோடிக் ஆக்சிஜன் பரிணாம எதிர்வினையை பாதிக்கிறது

நீரின் மின்னாற்பகுப்பின் செயல்பாட்டில், O2 பொதுவாக அனோடில் இருந்து வீழ்படிவு செய்யப்படுகிறது. இருப்பினும், கடல்நீரில் அதிக எண்ணிக்கையிலான குளோரைடு அயனிகள் (Cl-) இருப்பதால், நேர்மின்வாயில் பொருளின் தீவிர அரிப்பை ஏற்படுத்தும், இது மின்முனை சேதம் மற்றும் உயர் மின்னழுத்தத்திற்கு வழிவகுக்கும், இதனால் திறமையான ஆக்ஸிஜன் பரிணாம எதிர்வினை முடிவுக்கு வரும். கூடுதலாக, குளோரைடு அயனிகளின் அதிக செறிவு அனோட் குளோரின் ஆக்சிஜனேற்ற வினையிலும் ஏற்படும், வினையூக்கியின் செயலில் உள்ள தளத்தை ஆக்கிரமித்து, அதன் மூலம் அனோட் ஆக்ஸிஜன் பரிணாம வினையின் செயல்திறனைக் குறைக்கிறது.

தொழில்நுட்ப சிரமம் 3: அனோடிக் ஆக்ஸிஜன் பரிணாம எதிர்வினை மற்றும் ஆக்ஸிஜன் குளோரினேஷன் எதிர்வினை இடையே போட்டி

கடல்நீர் மின்னாற்பகுப்பின் செயல்பாட்டில், அனோட் இரண்டு எதிர்வினைகளுக்கு உட்படும், அதாவது: ஆக்ஸிஜன் பரிணாம எதிர்வினை (OER) மற்றும் ஆக்ஸிஜன் குளோரினேஷன் எதிர்வினை (ClOR). ஆக்ஸிஜன் பரிணாம எதிர்வினை: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (Vs. RHE)

குளோரின் ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (Vs. RHE)

இரண்டின் E0 ஒத்ததாக இருப்பதைக் காணலாம், இது ஒரு போட்டி உறவை உருவாக்கும், இது எலக்ட்ரோலைசரின் வேலை மின்னழுத்தத்தை பெரிதும் கட்டுப்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, ClOR எதிர்வினை மற்றும் ஹைபோகுளோரைட் உருவாக்கம் இரண்டும் இரண்டு-எலக்ட்ரான் எதிர்வினைகள் ஆகும், மேலும் ClOR வினையானது OER நான்கு-எலக்ட்ரான் வினையை விட இயக்கரீதியாகச் செயல்பட எளிதானது, எனவே OER அதிக ஆற்றல் பொதுவாக ClOR ஐ விட அதிகமாக இருப்பதைக் காணலாம்.

04

ஆராய்ச்சி நிலை

தற்போது, ​​கடல் நீரிலிருந்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி இன்னும் ஆராய்ச்சி மற்றும் சோதனையின் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது, இன்னும் பல சவால்களை எதிர்கொள்கிறது, ஆனால் கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பிலிருந்து ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு சில முன்னேற்றம் அடைந்துள்ளது. 2022 ஆம் ஆண்டில், கல்வியாளர் Xie Heping இன் குழு கடல்நீரில் இருந்து நேரடி ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி துறையில் ஒரு பெரிய அசல் முன்னேற்றத்தை உருவாக்கியது, மேலும் புதுமையான முறையில் கடல் நீரிலிருந்து நேரடி ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கான புதிய கொள்கை மற்றும் தொழில்நுட்பத்தை நிலை மாற்றம் மற்றும் இடம்பெயர்வு மூலம் உந்தப்பட்டது. உள்நாட்டிலும் வெளிநாட்டிலும் கடல் நீர் ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கான பல செயல்திட்டங்கள் உள்ளன, ஆனால் அவை இன்னும் சிறிய அளவிலான விமானிகளாக இருக்கின்றன, அவற்றில் பெரும்பாலானவை கட்டுமானத்தில் உள்ளன அல்லது முன்மொழியப்பட்டுள்ளன.

கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி சிறிய மற்றும் பைலட் சோதனைகளில் இருந்து இறுதி தொழில்துறை பரவலான பயன்பாட்டிற்கு செல்ல நீண்ட தூரம் உள்ளது. எவ்வாறாயினும், ஹைட்ரஜன் ஆற்றலின் டிரில்லியன் அளவிலான பாதையில், இந்த தொழில்நுட்பம் இறுதியில் பயன்படுத்தப்பட்டால், அது "டிகார்பனைசேஷன்" சாலையில் மிக ஆழமான மை விட்டுவிடும் என்று நாங்கள் நம்புகிறோம்!