Когда вы думаете о возобновляемых источниках энергии, вы, вероятно, думаете о солнечной энергии и ветре. Эти ресурсы, безусловно, могут дать нам энергию, но не всегда и не везде. В некоторых местах недостаточно солнечно или ветрено – и нигде не бывает постоянно солнечно и ветрено. Вот почему ученые считают водород захватывающим видом возобновляемой энергии. Мы можем сделать его, используя солнечную и ветровую энергию, хранить его и использовать в любом месте и в любое время!

Чтобы получить водород, ученые используют процесс, известный как расщепление воды. В этом процессе электричество преобразует воду (H2O) в газообразный водород (H2) и газообразный кислород (O2). Для расщепления воды требуется чистая вода без каких-либо дополнительных частиц, таких как частицы грязи, которые могут вызвать проблемы. Эти примеси могут вызвать коррозию материалов, используемых для разделения воды. Но чистая вода встречается редко,

так как 97% природной воды Земли соленая. Поэтому в настоящее время, прежде чем ее можно будет разделить, воду необходимо очистить с помощью дорогостоящих методов опреснения. Вот почему мы задумались: может ли существовать недорогой и эффективный способ разделения водорода из природной воды?

Мы хотели использовать осмос, чтобы вывести воду из соленой океан и использовать его для производства водорода. Осмос происходит, когда мембрана разделяет два раствора. Мембрана действует как фильтр. Он пропускает некоторые материалы, но не другие, поэтому мы называем

его полупроницаемой мембраной.

Чтобы произошел осмос, один из растворов должен быть более соленым, чем другой. Эта разница в солености заставляет воду течь из менее соленого раствора через мембрану в более

соленый раствор. Вот почему, если вы положите виноград в океан, он высохнет – вода покинет виноград, потому что океан более соленый. Мы объединили этот процесс с расщеплением воды,

чтобы получить водород из соленой воды

Мы создали устройство , которое может одновременно выполнять расщепление воды и осмос. Мы поместили полупроницаемую мембрану на дно трубки и убедились, что она крепко держится. Снаружи трубки мы помещаем раствор, приготовленный из воды и поваренной соли (NaCl). Когда ты растворяешься NaCl в воде превращается в Na+ и Cl–, которые известны как

ионы. Это решение представляет собой морскую воду.

Затем мы помещаем раствор другой соли, фосфата натрия (Na3PO4), внутри трубки. Мы сделали раствор внутри трубки более соленым, чтобы вода могла течь в трубку через мембрану. Самое главное, фосфат натрия ни с чем не вступает в реакцию, поэтому он может сделать наш раствор более соленым без каких-либо нежелательных побочных эффектов.

В верхней части трубки мы поместили два провода, сделанные из платины. Мы соединили металлические полосы проводами и источником питания. Мы хотели, чтобы объем раствора

внутри трубки оставался постоянным. Мы определили, как быстро осмос может заставить воду течь внутрь и как быстро расщепление воды “съест” ее. Затем мы установили их равными,

чтобы определить, сколько электричества нам нужно для работы устройства.

Мы запускали устройство в течение двух дней. За это время мы измерили, сколько фосфата вышло из нашего устройства и сколько Cl– попало внутрь. Мы также измерили сумму из созданного газообразного водорода. Для сравнения, мы запустили устройство для разделения воды непосредственно в соленой воде без осмоса.

Наше устройство для разделения воды осмоса работало очень хорошо. В конце двухдневного периода мы измерили общее количество водорода, создаваемого устройством. Мы сравнили это значение с количеством водорода, которое, как мы ожидали, будет производить устройство. Мы называем это сравнение эффективностью Фарадея. Высокая эффективность Фарадея говорит нам о том, что реакции расщепления воды происходили без каких-либо неожиданных побочных реакций. Фарадеевская эффективность устройства для разделения воды осмоса составляла 100% для водорода. Когда мы пытались разделить соленую воду без осмоса, фарадеевская эффективность для водорода упала всего до 50%

Наши исследования показывают, что можно создать водород из морской воды с помощью осмоса – и, что еще лучше, что мы можем сделать это эффективно. Мы знаем, что соленая вода не может быть разделена на газообразный водород так же эффективно, как чистая вода, потому что мы получаем гораздо более низкую эффективность Фарадея. Без осмоса Cl– в соленой воде вызывает побочные реакции, которые делают расщепление воды менее эффективным. Мембрана в нашем устройстве не пропускала ионы Cl в трубку. Удерживая Cl– out, устройство для разделения воды осмоса производило как можно больше газообразного водорода

Наш следующий шаг-улучшить дизайн и снизить стоимость устройства. Мы уже протестировали новые металлы и обнаружили, что никель и нержавеющая сталь работают еще лучше. Эти металлы также намного дешевле платины. Мы также хотим изучить другие мембранные материалы, чтобы сделать наше устройство более эффективным.

С ростом населения и растущим спросом на энергию возобновляемые источники энергии стали жизненно важными. Наше устройство для разделения воды осмоса-это новый подход к превращению возобновляемых источников энергии в реальность. Это сделает производство водорода более доступным, избегая дорогостоящих процессов очистки воды. Это также поможет сделать возобновляемые источники энергии возможными в любой точке мира.

Вы также можете помочь сократить использование невозобновляемых энергетических ресурсов, экономя энергию в домашних условиях. Вы можете переключиться на светодиодные лампочки, принять более короткий душ и воспользоваться общественным транспортом или автобазой, когда это возможно. Независимо от того, что вы решите сделать, это уменьшит ваше энергетическое воздействие на окружающую среду!