وفقًا لمجموعة من الباحثين من جامعة بنسلفانيا ، فإن قوة الشمس والرياح والبحر قد تتحد قريبًا لإنتاج وقود هيدروجين صديق للبيئة. قام الفريق بدمج تقنية تنقية المياه في مشروع تجريبي جديد المحلل الكهربائي لمياه البحر، والذي يستخدم تيارًا كهربائيًا لفصل الهيدروجين والأكسجين في جزيئات الماء.
وفقًا لبروس لوجان ، أستاذ الهندسة البيئية في جامعة كابا وأستاذ جامعة إيفان بوغ ، فإن هذه الطريقة الجديدة "لتقسيم مياه البحر" يمكن أن تسهل تحويل طاقة الرياح والطاقة الشمسية إلى وقود قابل للتخزين والمحمول.
قال لوغان: "الهيدروجين وقود عظيم ، لكن عليك أن تحصل عليه". - الطريقة الوحيدة المستدامة للقيام بذلك هي استخدام الطاقة المتجددة وإنتاجها من المياه. تحتاج أيضًا إلى استخدام المياه التي لا يرغب الناس في استخدامها لأغراض أخرى ، وهي مياه البحر. لذلك كان على الكأس المقدسة لإنتاج الهيدروجين أن تجمع بين مياه البحر وطاقة الرياح والطاقة الشمسية الموجودة في البيئات الساحلية والبحرية ".
على الرغم من وفرة مياه البحر ، إلا أنها لا تستخدم عادة لفصل المياه. إذا لم يتم تحلية المياه قبل إدخالها في المحلل الكهربائي - وهي خطوة إضافية باهظة الثمن - تتحول أيونات الكلور في مياه البحر إلى غاز الكلور السام ، مما يؤدي إلى تدمير المعدات والتسرب إلى البيئة.
لمنع هذا ، قام الباحثون بإدخال غشاء رقيق نصف نافذ مصمم أصلاً لتنقية المياه في معالجة التناضح العكسي (RO). حل غشاء التناضح العكسي محل غشاء التبادل الأيوني الذي يشيع استخدامه في المحلل الكهربائي.
قال لوجان: "الفكرة وراء التناضح العكسي هي أنك تضغط بشدة على الماء ، وتدفعه عبر الغشاء وتحافظ على أيونات الكلور في الخلف".
في المحلل الكهربائي ، لن تدفع مياه البحر بعد الآن عبر غشاء التناضح العكسي ، ولكنها ستحتفظ بها. يستخدم الغشاء لفصل التفاعلات التي تحدث بالقرب من قطبين مغمورين - قطب موجب الشحنة وكاثود سالب الشحنة - متصل بمصدر طاقة خارجي. عندما يتم تشغيل الطاقة ، تبدأ جزيئات الماء في الانقسام عند القطب الموجب ، وتطلق أيونات هيدروجين صغيرة تسمى البروتونات وتشكل غاز الأكسجين. ثم تمر البروتونات عبر الغشاء وتتحد مع الإلكترونات عند الكاثود لتكوين غاز الهيدروجين.
مع تركيب غشاء التناضح العكسي ، تبقى مياه البحر على جانب الكاثود وأيونات الكلور كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء وتصل إلى القطب الموجب ، مما يمنع تكوين غاز الكلور.
ولكن في حالة انقسام الماء ، كما أشار لوغان ، يتم إذابة أملاح أخرى عمداً في الماء لجعلها موصلة للكهرباء. يسمح غشاء التبادل الأيوني ، الذي يقوم بتصفية الأيونات بواسطة الشحنات الكهربائية ، بمرور أيونات الملح من خلاله. لا يوجد غشاء تناضح عكسي.
نظرًا لأن حركة الأيونات الأكبر مقيدة بغشاء RO ، فقد احتاج الباحثون إلى اختبار ما إذا كانت البروتونات الصغيرة التي تتحرك عبر المسام كافية للحفاظ على تيار كهربائي مرتفع.
في سلسلة من التجارب ، اختبر الباحثون غشاءين من أغشية التناضح العكسي المتاحة تجاريًا وغشاءان للتبادل الكاتيوني ، وهو نوع من غشاء التبادل الأيوني الذي يسمح بحركة جميع الأيونات الموجبة الشحنة في النظام. تم اختبار كل منهم لمقاومة الغشاء لحركة الأيونات. تم أيضًا حساب كمية الطاقة اللازمة لإكمال التفاعلات ، ورصد تكوين الهيدروجين الغازي والأكسجين ، وتم تحليل التفاعل مع أيونات الكلور وتلف الغشاء.
تلقى الباحثون مؤخرًا منحة قدرها 300 ألف دولار من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) لمواصلة البحث في التحليل الكهربائي لمياه البحر. يأمل لوجان أن تلعب أبحاثهم دورًا مهمًا في تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في جميع أنحاء العالم.
اقرأ أيضا: