समुद्री पानीबाट हाइड्रोजन उत्पादन के हो? किन यति धेरै ध्यान ? प्राविधिक कठिनाइहरू के छन्?

समुद्री पानीको प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइसिस गरेर हाइड्रोजन उत्पादनको पायलट परीक्षणको सफलताले किन यति धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ? त्यो कति गाह्रो छ? समुद्री पानी इलेक्ट्रोलाइसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन गर्न आवश्यक प्राविधिक कठिनाइहरू के के हुन्?

01

समुद्री पानीबाट हाइड्रोजन उत्पादन

पानी इलेक्ट्रोलाइसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन एक धेरै महत्त्वपूर्ण हरियो हाइड्रोजन तयारी प्रविधि मानिन्छ। हाल, व्यावसायिकीकृत पानी इलेक्ट्रोलाइसिस टेक्नोलोजीले ताजा पानीलाई इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा प्रयोग गर्दछ। हामी सबैलाई थाहा छ, विश्वव्यापी ताजा पानी स्रोतहरू अत्यन्तै सीमित छन्, हाइड्रोजन उत्पादन गर्न जलविद्युतको ठूलो मात्रामा प्रयोगको साथ, जसले निस्सन्देह ताजा पानीको स्रोतको अभावलाई बढाउँछ। यसको विपरित, समुद्री पानी स्रोतहरूमा धनी छ, जसले "समुद्री पानी हाइड्रोजन उत्पादन" को विचारलाई जन्म दिन्छ।

ताजा पानीको विपरीत, जुन पृथ्वीको कुल पानीको मात्राको 96.5 प्रतिशत हो, समुद्री पानीमा 90 भन्दा बढी रसायन र तत्वहरू समावेश भएको जटिल संरचना हुन्छ। समुद्री पानीमा रहेका आयन, सूक्ष्मजीव र कणहरूको ठूलो संख्याले हाइड्रोजन उत्पादनको क्रममा साइड प्रतिक्रिया प्रतिस्पर्धा, उत्प्रेरक निष्क्रियता र डायाफ्राम अवरोध जस्ता समस्याहरू निम्त्याउन सक्छ।

यस उद्देश्यका लागि, समुद्री पानीलाई कच्चा पदार्थको रूपमा प्रयोग गरी हाइड्रोजन उत्पादन प्रविधिले दुई फरक मार्गहरू बनाएको छ। पहिलो, समुद्री पानीबाट हाइड्रोजनको प्रत्यक्ष उत्पादन, अर्थात् प्राकृतिक समुद्री पानीमा आधारित, मुख्यतया इलेक्ट्रोलिसिस वा फोटोलिसिस द्वारा उत्पादन गरिन्छ। दोस्रो, समुद्री पानीको अप्रत्यक्ष हाइड्रोजन उत्पादन भनेको समुद्री पानीबाट अशुद्धताहरू डिसेलिनेट गर्नु र हटाउनु हो, समुद्री पानीलाई उच्च शुद्धताको ताजा पानी बनाउन पहिले डिसेलिनेट गर्नु र त्यसपछि हाइड्रोजन उत्पादन गर्नु हो।

02

दुई प्रमुख फाइदाहरू

अपतटीय हाइड्रोजन उत्पादन प्लेटफर्महरू ऊर्जाको दीर्घकालीन भण्डारण वा राम्रो रसायनहरूको लागि उत्पादन साइटहरूको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ, हरित ऊर्जालाई रासायनिक उत्पादन प्रणालीसँग नजिकबाट एकीकृत गर्न अनुमति दिन्छ।

अपतटीय हाइड्रोजन उत्पादन प्लेटफर्मले टाढा पुग्ने समुद्री नवीकरणीय बिजुलीको खपतको समस्या समाधान गर्न सक्छ, र घटनास्थलमा हाइड्रोजन र हरियो अमोनिया उत्पादन गर्न नवीकरणीय बिजुलीको प्रयोग दूरगामी समुद्री नवीकरणीय ऊर्जाको मुख्य अनुप्रयोग विधि बन्न सक्छ। भविष्य।

03

प्राविधिक कठिनाई

प्राविधिक कठिनाइ 1: समुद्री पानीमा धेरै अशुद्धताले क्याथोड हाइड्रोजन विकासको घटनालाई असर गर्छ

इलेक्ट्रोलाइटिक पानीको प्रक्रियामा, H2 क्याथोडबाट अवक्षेपित हुन्छ, क्याथोड हाइड्रोजन इभोलुसन प्रतिक्रियाको लागि, सबैभन्दा चुनौतीपूर्ण समस्या यो हो कि प्राकृतिक समुद्री पानीमा विभिन्न घुलनशील क्यासनहरू छन्, जस्तै Na+, Mg2+, Ca2+, आदि। त्यहाँ विभिन्न प्रकारका ब्याक्टेरिया, सूक्ष्मजीव र साना कणहरू छन्।

यी अशुद्धताहरूले समुद्री पानी इलेक्ट्रोलाइसिसको प्रगतिको साथ इलेक्ट्रोडलाई बन्द गर्नेछ, र त्यसपछि विषाक्त वा इलेक्ट्रोलाइटिक प्रणालीमा इलेक्ट्रोड/उत्प्रेरकको बुढ्यौलीलाई गति दिन्छ, जसको परिणामस्वरूप खराब स्थायित्व हुन्छ।

प्राविधिक कठिनाई २: क्लोराइड आयनहरूले एनोडिक क्षरण निम्त्याउँछ र एनोडिक अक्सिजन विकास प्रतिक्रियालाई असर गर्छ

पानीको इलेक्ट्रोलिसिसको प्रक्रियामा, O2 सामान्यतया एनोडबाट उत्तेजित हुन्छ। यद्यपि, समुद्री पानीमा ठूलो संख्यामा क्लोराइड आयन (Cl-) को उपस्थितिले एनोड सामग्रीको गम्भीर क्षरण निम्त्याउनेछ, जसले इलेक्ट्रोड क्षति र उच्च भोल्टेज निम्त्याउनेछ, जसले गर्दा कुशल अक्सिजन विकास प्रतिक्रिया समाप्त हुन्छ। थप रूपमा, क्लोराइड आयनहरूको उच्च एकाग्रता एनोड क्लोरीन अक्सीकरण प्रतिक्रियामा पनि देखा पर्नेछ, उत्प्रेरकको सक्रिय साइट ओगटेको छ, जसले गर्दा एनोड अक्सिजन इभोलुसन प्रतिक्रियाको दक्षता कम हुन्छ।

प्राविधिक कठिनाई ३: एनोडिक अक्सिजन इभोलुसन प्रतिक्रिया र अक्सिजन क्लोरिनेशन प्रतिक्रिया बीच प्रतिस्पर्धा

समुद्री पानी इलेक्ट्रोलाइसिसको प्रक्रियामा, एनोडले दुई प्रतिक्रियाहरू पार गर्नेछ, अर्थात्: अक्सिजन इभोलुसन प्रतिक्रिया (OER) र अक्सिजन क्लोरिनेशन प्रतिक्रिया (ClOR)। अक्सिजन विकास प्रतिक्रिया: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (Vs. RHE)

क्लोरीन अक्सीकरण प्रतिक्रिया: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (Vs. RHE)

It can be seen that the E0 of the two is similar, which will produce a competitive relationship, which greatly limits the working voltage of the electrolyzer. In addition, both the ClOR reaction and the hypochlorite formation are two-electron reactions, and the ClOR reaction is easier to perform kinetically than the OER four-electron reaction, so the OER overpotential is usually observed to be higher than that of ClOR.

04

अनुसन्धान स्थिति

हाल, समुद्री पानीबाट हाइड्रोजन उत्पादन अझै पनि अनुसन्धान र परीक्षणको प्रारम्भिक चरणमा छ, र अझै धेरै चुनौतीहरूको सामना गर्दछ, तर समुद्री पानी इलेक्ट्रोलाइसिसबाट हाइड्रोजन उत्पादनको अनुसन्धान र विकासले केही प्रगति गरेको छ। 2022 मा, शिक्षाविद् झी हेपिङको टोलीले समुद्री पानीबाट प्रत्यक्ष हाइड्रोजन उत्पादनको क्षेत्रमा एक प्रमुख मौलिक सफलता हासिल गर्‍यो, र चरण संक्रमण र माइग्रेसनद्वारा सञ्चालित डिसेलिनेसन बिना समुद्री पानीबाट प्रत्यक्ष हाइड्रोजन उत्पादनको नयाँ सिद्धान्त र प्रविधि नवीन रूपमा स्थापना गर्‍यो। त्यहाँ देश र विदेशमा समुद्री पानी हाइड्रोजन उत्पादन को धेरै प्रदर्शन परियोजनाहरु छन्, तर ती अझै पनि साना-स्तरीय पाइलटहरू छन्, र ती मध्ये धेरै निर्माण वा प्रस्तावित छन्।

यद्यपि समुद्री पानी इलेक्ट्रोलाइसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादनले सानो र पायलट परीक्षणबाट अन्तिम औद्योगिक व्यापक अनुप्रयोगमा जान लामो बाटो छ। यद्यपि, हामी विश्वास गर्छौं कि हाइड्रोजन ऊर्जाको ट्रिलियन-स्तर ट्र्याकमा, यदि यो प्रविधि अन्ततः लागू गरियो भने, यसले "डेकार्बोनाइजेशन" को बाटोमा सबैभन्दा गहिरो मसी छोड्नेछ!