Vedci spravili z morskej vody energetický poklad. Našli spôsob, ako z nej vyrobiť vodík a sladkú vodu

Výroba zeleného vodíka z morskej vody znie jednoducho, realita však rýchlo narazí na chémiu. Soľ, chloridy, vápnik a horčík dokážu poškodzovať elektródy a zanášať zariadenie. Výskumníci z Čínskej akadémie vied preto morskú vodu do elektrolyzéra vôbec neposielajú. Namiesto toho spojili klasickú alkalickú elektrolýzu s nízkoteplotným odsoľovaním a využili teplo, ktoré by inak skončilo ako odpad.

Výsledkom je 250 kW systém, ktorý podľa štúdie publikovanej v časopise Nature Energy vyrába za hodinu 48 normálnych kubických metrov vodíka a približne 31,6 kilogramu sladkej vody. Elektrická účinnosť celého systému sa oproti porovnávanej klasickej alkalickej elektrolýze sladkej vody zlepšila o 14,4 %.

Morská voda nejde priamo do elektrolyzéra

Priama elektrolýza morskej vody má viacero nepríjemných vlastností. Chloridové ióny môžu na anóde vytvárať vedľajšie reakcie a urýchľovať koróziu, zatiaľ čo vápnik a horčík vytvárajú usadeniny na katóde. Dlhodobá stabilita takéhoto systému je problémom.

Bežným riešením je vodu najskôr odsoliť a až následne ju priviesť do elektrolyzéra. To však znamená ďalšie zariadenie a ďalšiu energetickú spotrebu.

Pixabay/Pexels

Čínsky tím z Dalian Institute of Chemical Physics preto oba procesy spojil. Komerčná alkalická elektrolýza pracuje pri teplotách približne 80 až 90 °C a podľa výskumníkov sa približne 30 % privádzanej elektriny nakoniec prejaví ako nízkopotenciálne odpadové teplo. V priemyselnom zariadení ho treba odvádzať chladením.

Nový systém ho namiesto toho posiela do vákuovej destilácie. Znížený tlak umožňuje odparovať morskú vodu už pri približne 40 až 50 °C. Para následne skondenzuje na sladkú vodu, časť sa použije na elektrolýzu a prebytok zostáva ako ďalší produkt.

Na FonTechu sme už písali aj o inom prístupe k výrobe zeleného vodíka, pri ktorom nemecké panely využívajú priamo slnečné svetlo a vodu. Nový čínsky projekt naopak stavia na klasickej alkalickej elektrolýze, ale snaží sa získať späť energiu, ktorá sa pri nej bežne stratí.

Za hodinu vyrobí približne 4,3 kg vodíka

Pri výkone 250 kW dosiahol systém produkciu 48 Nm³ vodíka za hodinu s čistotou 99,9999 %. To zodpovedá približne 4,3 kilogramu vodíka za hodinu. Súčasne vznikalo 31,6 kg sladkej vody. Väčší systém pracoval počas testov viac než 40 dní aj v režime každodenného spúšťania a odstavovania bez zjavného poklesu výkonu.

Nejde pritom o prvý prototyp. Výskumníci predtým postavili 20 kW pilotnú jednotku, ktorá produkovala 3,8 Nm³ vodíka a 1,2 kg sladkej vody za hodinu. Tá bežala stabilne približne 100 dní. Až následne systém zväčšili na dnešných 250 kW.

Pri veľmi hrubom prepočte nominálneho príkonu a hodinovej produkcie vychádza spotreba približne 58 kWh elektriny na kilogram vodíka. Skutočné prevádzkové číslo závisí od zaťaženia a pomocných systémov.

Urán zariadenie priamo nevyrába

Tu je dôležité korigovať jednu lákavú interpretáciu výsledkov. Samotná 250 kW jednotka v rámci prezentovaného experimentu nevyrábala urán.

Po destilácii zostáva koncentrovanejšia morská soľanka. Čínska akadémia vied uvádza, že tá môže následne poslúžiť ako vstup pre ďalšie procesy na získavanie soli, brómu, uránu a ďalších morských surovín. Ide teda o potenciálne následné využitie koncentrovaného prúdu, nie o súčasnú produkčnú linku, z ktorej spolu s vodíkom vychádza hotový urán.

Práve toto rozlíšenie je dôležité aj pri hodnotení technológie. Hlavným výsledkom publikovanej práce je spoločná výroba vodíka a sladkej vody, nie nový spôsob komerčnej ťažby uránu z mora.

Cena vyzerá dobre, zatiaľ však iba v modeli

Autori spravili aj ekonomický prepočet. Pri elektrine z pevninskej veternej energie za 0,033 dolára za kWh vyšla modelová výrobná cena vodíka približne na 2,10 dolára za kilogram. Pri solárnej elektrine za 0,049 dolára za kWh stúpla na približne 2,90 dolára. Ide však o techno-ekonomický model pri konkrétnych vstupoch, nie o reálnu komerčnú cenu vodíka z existujúcej továrne.

Najväčší zmysel môže mať riešenie tam, kde je súčasne dostupná morská voda a lacná obnoviteľná elektrina, napríklad pri pobrežných veterných parkoch. Výroba vodíka by tam nepotrebovala odoberať veľké množstvo sladkej vody a odpadové teplo z elektrolyzéra by zároveň vykonávalo druhú užitočnú prácu.

Aj preto je zaujímavá najmä architektúra systému. Číňania nevyriešili problém morskej elektrolýzy zázračnou elektródou. Problém obišli tým, že proces rozdelili a energeticky prepojili dve existujúce technológie.

Zelený vodík je pritom stále drahší a energeticky náročný nosič energie, čo sme podrobnejšie rozoberali aj pri jeho možnostiach dlhodobého uskladňovania energie. Práve využitie odpadového tepla je preto jeden zo spôsobov, ako z existujúcej elektrolýzy dostať viac úžitku bez ďalšieho veľkého elektrického vstupu.

Čítajte viac z kategórie: Ekológia