Qlobal enerji tələbatının artması və çirklənmə və iqlim dəyişikliyi ilə bağlı narahatlıqların artması ilə təmiz enerjiyə keçid böyük əhəmiyyət kəsb edir. Nüvə, külək və günəş enerjisi qalıq yanacaqlara yaxşı qurulmuş alternativlər olsa da, hidrogen enerjisi də karbon qazı yaratmayan güclü bir rəqib kimi ortaya çıxır.

Çindəki Songshan Gölü Materialları Laboratoriyasının professoru Lifeng Liu elektron poçtunda “Hidrogen enerjinin karbon neytrallığına keçidində mühüm vektordur” dedi. “O, […] hidrogen yanacaq elementlərindən istifadə edərək, təkcə nəqliyyat sektorunu karbonsuzlaşdırmaq üçün istifadə oluna bilməz, həm də polad istehsalı, ammonyak/metanol sintezi kimi çətin işlənən sənaye sahələrində daha geniş tətbiqlər tapır. metal emalı və digərləri bu sektorlarda xalis sıfır emissiyaya kömək edir.

Bununla belə, bu enerji nə qədər təmiz olsa da, kömürün qazlaşdırılması və buxarın islahı yolu ilə hidrogenin istehsalının ənənəvi üsulları ekoloji cəhətdən zərərlidir və bu, onun potensialını əhəmiyyətli dərəcədə sarsıtmışdır. 

Elektrolizdən hidrogen yanacağı

Xoşbəxtlikdən, hidrogen molekulları oksigen və hidrogendən ibarət olan saf sudan elektroliz prosesi ilə daha ekoloji cəhətdən təmiz bir şəkildə istehsal edilə bilər.

Bu, suyun yüklənməmiş su molekullarının ionlara və elektronlara parçalandığı anod adlanan müsbət yüklü elektrodla təmasda olmasını nəzərdə tutur. Bu komponentlər daha sonra müxtəlif yollardan keçərək katod kimi tanınan mənfi yüklü elektroda gedir və burada digər əlavə məhsullar arasında təmiz hidrogen əmələ gətirir.

“Bərpa olunan enerji ilə idarə olunan su elektrolizi indi “yaşıl” hidrogen istehsalına perspektivli yanaşma kimi qəbul edilmişdir və bir çox ölkədə bir çox “bərpa olunan enerji + su elektrolizi” layihələri boru kəmərindədir”, – Liu izah etdi. “Bununla belə, şirin su çatışmazlığı yaxın gələcəkdə, xüsusən də Aİ-nin 2030-cu ilə qədər 40 GVt gücündə su elektrolizatorlarını yerləşdirməyi planlaşdırdığı Afrikada su elektrolizatorlarının geniş miqyaslı yerləşdirilməsi üçün darboğaz ola bilər.”

Bu çatışmazlıq Liu və onun həmkarlarını alternativlər axtarmağa sövq etdi. “Advanced Functional Materials” jurnalında dərc olunan tədqiqatda komanda planetdəki bütün su ehtiyatlarının təqribən 96,5%-ni təşkil edən dəniz suyundan hidrogen hasil etmək üçün yeni üsul təklif edib.

Su, hər yerdə su…

Problem dəniz suyunda kalium hidroksid və natrium xlorid adlanan əhəmiyyətli miqdarda birləşmələrin olmasıdır. Bunlar da elektroliz prosesində iştirak edərək enerji sərfiyyatını artırır, lakin təmiz hidrogen istehsalı ilə nəticələnmir, eyni zamanda elektrolizatorun komponentlərinin korroziyasına səbəb olur.

Bu maneələri aradan qaldırmaq üçün Liu və komanda dəniz suyunu azot və hidrogendən ibarət olan hidrazin molekulu ilə qarışdırmağı təklif etdilər ki, bu da hidrogen istehsalının səmərəliliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Onlar həmçinin elektrodları platin və tellurdan hazırlanmış folqa ilə örtürdülər ki, bu da elektrolizdə katalizator rolunu oynayır və kimyəvi reaksiyada iştirak etmədən onun gedişatını asanlaşdırır.

Elektroliz cihazı ümidverici nəticələr göstərdi: O, elektrodlar arasında katalizi adi dəniz suyu katalizinin tələb etdiyindən xeyli aşağı gərginlikdə saxladı, arzuolunmaz yan reaksiyaları minimuma endirdi, elektrolizatorun etibarlılığını artırdı və korroziyanın qarşısını aldı.

Üstəlik, yeni cihaz istehlak etdiyindən daha çox enerji istehsal edərək, hidrogen istehsalını özünü təmin etdi.

“Tədqiqatımızdakı ən mühüm tapıntılar, rasional dizayn vasitəsilə dəniz suyunun elektrolizinin kortəbii şəkildə baş verə bilməsidir, yəni öz-özünə gücə malik ola bilər” dedi Liu. “Bu o deməkdir ki, əgər birinin dəniz suyu varsa və o, xarici elektrik enerjisi olmadan təklif etdiyimiz cihazlardan istifadə edərək dəniz suyundan hidrogen çıxara bilər!

“Cihazlarımız su elektrolizinin enerji istehlakını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa kömək edə bilər və bununla da hidrogen istehsalının dəyərini azaltmaq üçün əhəmiyyətli potensial nümayiş etdirir. Bundan əlavə, cihazlarımız aşağı cərəyan sıxlıqlarında işləməyə imkan verir, elektrolizatorların daha geniş əməliyyat çevikliyinə imkan verir ki, bu da hazırda real həyatda texniki maneədir”.

Perspektivli, lakin əlavə təkmilləşdirmələrə ehtiyac var

Bu təsirli nəticələrə baxmayaraq, tədqiqatçılar etiraf edirlər ki, onların elektroliz metodunun çatışmazlıqları var və alimlər onunla həqiqətən təmiz hidrogen istehsalına nail olmaq üçün hələ də bir çox fundamental çətinlikləri dəf etməlidirlər.

“Katodik və anodik reaksiyaları kataliz etmək üçün hələ də platin [metal] istifadə etməliyik” dedi Liu. “Xərcdən əlavə, platin hasilatı ekoloji cəhətdən problemlidir. “Gələcəkdə xərcləri azaltmaq və bu qıt [metaldan] asılılığı azaltmaq üçün [platin] əsaslı olmayan katalizatorlar inkişaf etdirməyi hədəfləyəcəyik.”

“Bundan əlavə, hidrazin oksidləşmə reaksiyalarının istifadəsi elektrolizin enerji istehlakını azaltmaq üçün açardır” dedi.

“Lakin hidrazin çox zəhərlidir və onların su elektrolizi üçün geniş miqyasda istifadəsi ətraf mühit və operatorlar üçün müəyyən risklər yarada bilər. Ona görə də hidrazini əvəz edəcək alternativ molekul axtarmaq lazımdır”.