펜실베니아 대학(University of Pennsylvania)의 연구원 그룹에 따르면 태양, 바람 및 바다의 힘이 곧 환경 친화적인 수소 연료를 생산하기 위해 함께 모일 수 있습니다. 팀은 수질 정화 기술을 새로운 실험 프로젝트에 통합했습니다. 해수 전해조, 전류를 사용하여 물 분자에서 수소와 산소를 분리합니다.
Kappa의 환경 공학 교수이자 Evan Pugh 대학 교수인 Bruce Logan에 따르면 "해수 분리"의 이 새로운 방법은 풍력 및 태양 에너지를 저장 가능하고 휴대 가능한 연료로 변환하는 것을 촉진할 수 있습니다.
"수소는 훌륭한 연료이지만 그것을 얻어야 합니다."라고 Logan이 말했습니다. - 지속 가능한 유일한 방법은 재생 가능 에너지를 사용하고 물에서 생산하는 것입니다. 또한 사람들이 다른 용도로 사용하기를 원하지 않는 물, 즉 바닷물을 사용해야 합니다. 따라서 수소 생산의 성배는 해안 및 해양 환경에서 발견되는 바닷물, 바람 및 태양 에너지를 결합해야 했습니다."
바닷물이 풍부함에도 불구하고 일반적으로 물 분리에 사용되지 않습니다. 물이 전해조에 공급되기 전에 담수화되지 않으면(비용이 많이 드는 추가 단계) 바닷물의 염소 이온이 독성 염소 가스로 바뀌어 장비를 파괴하고 환경에 스며듭니다.
이를 방지하기 위해 연구원들은 원래 역삼투(RO) 처리에서 물을 정화하도록 설계된 얇은 반투막을 삽입했습니다. 역삼투막은 전해조에서 일반적으로 사용되는 이온 교환막을 대체했습니다.
"역삼투압의 기본 아이디어는 물에 매우 높은 압력을 가하여 막을 통해 물을 밀어내고 염소 이온을 뒤에 유지하는 것입니다."라고 Logan은 말했습니다.
전해조에서 해수는 더 이상 역삼투막을 통과하지 않고 그대로 유지됩니다. 멤브레인은 외부 전원에 연결된 두 개의 수중 전극(양전하 양극 및 음전하 음극) 근처에서 발생하는 반응을 분리하는 데 사용됩니다. 전원을 켜면 양극에서 물 분자가 쪼개지기 시작하여 양성자라고 하는 아주 작은 수소 이온을 방출하고 산소 기체를 형성합니다. 그런 다음 양성자는 멤브레인을 통과하고 음극에서 전자와 결합하여 수소 가스를 형성합니다.
역삼투막을 설치하면 바닷물이 음극 쪽에 남고 염소 이온이 너무 커서 막을 통과해 양극에 도달해 염소 가스의 형성을 막는다.
그러나 물 분해에서 Logan이 지적한 것처럼 물을 전도성으로 만들기 위해 의도적으로 다른 염을 물에 용해시킵니다. 전하로 이온을 여과하는 이온 교환막은 염 이온이 통과하도록 합니다. 역삼투막이 없습니다.
더 큰 이온의 이동은 RO 막에 의해 제한되기 때문에 연구원들은 기공을 통해 이동하는 작은 양성자가 높은 전류를 유지하기에 충분한지 여부를 테스트해야 했습니다.
일련의 실험에서 연구원들은 시중에서 구할 수 있는 두 개의 역삼투막과 두 개의 양이온 교환막, 시스템에서 모든 양전하 이온의 이동을 허용하는 일종의 이온 교환막을 테스트했습니다. 그들 각각은 이온의 이동에 대한 멤브레인의 저항에 대해 테스트되었습니다. 반응을 완료하는 데 필요한 에너지의 양을 계산하고 기체 수소 및 산소의 형성을 모니터링했으며 염소 이온과의 상호 작용 및 멤브레인 손상을 분석했습니다.
연구원들은 최근 해수 전기분해에 대한 연구를 계속하기 위해 국립과학재단(NSF)으로부터 300만 달러의 보조금을 받았습니다. Logan은 그들의 연구가 전 세계적으로 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 중요한 역할을 하기를 희망합니다.
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