Ένα νέο κινεζικό σύστημα επαναχρησιμοποιεί την απορριπτόμενη θερμότητα από την ηλεκτρόλυση για την αφαλάτωση θαλασσινού νερού, βελτιώνοντας την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας κατά 14,4%
Κινέζοι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα σύστημα ισχύος 250 kW που μπορεί να παράγει υδρογόνο και γλυκό νερό από θαλασσινό νερό, ανακτώντας παράλληλα πολύτιμους θαλάσσιους πόρους. Η μονάδα βελτιώνει επίσης την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας κατά 14,4% σε σύγκριση με τη συμβατική αλκαλική ηλεκτρόλυση νερού, σύμφωνα με νέα μελέτη.
Η ομάδα, με επικεφαλής τους Deng Dehui και Liu Yanting του Ινστιτούτου Χημικής Φυσικής του Dalian της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, σχεδίασε το σύστημα για να αντιμετωπίσει ένα σημαντικό πρόβλημα στην παραγωγή υδρογόνου από θαλασσινό νερό. Οι ερευνητές συνδύασαν την ηλεκτρόλυση με μια διαδικασία αφαλάτωσης, ώστε η θερμότητα που συνήθως χάνεται κατά την παραγωγή υδρογόνου να μπορεί να επαναχρησιμοποιείται.
Αντιμετωπίζοντας τα προβλήματα της ηλεκτρόλυσης θαλασσινού νερού
Το υδρογόνο που παράγεται με ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια εξετάζεται ως καθαρότερη πηγή ενέργειας. Η χρήση θαλασσινού νερού θα μπορούσε να προσφέρει μια άφθονη πηγή νερού, όμως η άμεση ηλεκτρόλυση θαλασσινού νερού δημιουργεί αρκετά τεχνικά προβλήματα.
Τα ιόντα χλωρίου στο θαλασσινό νερό μπορούν να αντιδράσουν στην άνοδο και να διαβρώσουν το ηλεκτρόδιο. Τα ιόντα ασβεστίου και μαγνησίου μπορούν επίσης να σχηματίσουν ορυκτές επικαθίσεις στην κάθοδο, μειώνοντας την απόδοσή της με την πάροδο του χρόνου.
Μια δεύτερη μέθοδος αφαιρεί αρχικά το αλάτι από το θαλασσινό νερό και στη συνέχεια χρησιμοποιεί το γλυκό νερό που προκύπτει για την ηλεκτρόλυση. Η αντίστροφη ώσμωση και η απόσταξη μπορούν να παράγουν κατάλληλο νερό, όμως η αφαλάτωση απαιτεί πρόσθετο εξοπλισμό και αυξάνει τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας.
Οι ερευνητές βασίστηκαν σε αυτή την προσέγγιση και αναζήτησαν έναν τρόπο ανάκτησης της ενέργειας που συνήθως χάνεται κατά τη διαδικασία.
Η απορριπτόμενη θερμότητα τροφοδοτεί την αφαλάτωση
Τα εμπορικά συστήματα ηλεκτρόλυσης μπορούν να λειτουργούν περίπου στους 176 έως 194 βαθμούς Φαρενάιτ (80 έως 90 βαθμούς Κελσίου). Σε αυτές τις θερμοκρασίες, περίπου το 30% της ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να μετατρέπεται σε απορριπτόμενη θερμότητα χαμηλής ποιότητας, σύμφωνα με τη μελέτη.
Οι ερευνητές συνέδεσαν τον ηλεκτρολύτη με μια μονάδα αφαλάτωσης για να αξιοποιήσουν αυτή τη θερμότητα. Η απορριπτόμενη θερμότητα διοχετεύεται σε έναν πύργο απόσταξης υπό κενό, όπου βοηθά το θαλασσινό νερό να βράσει και να εξατμιστεί μόλις στους 104 έως 122 βαθμούς Φαρενάιτ (40 έως 50 βαθμούς Κελσίου).
Ο ατμός που προκύπτει συμπυκνώνεται σε γλυκό νερό. Η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών δήλωσε ότι το σύστημα μπορεί να παράγει αρκετό νερό για να τροφοδοτεί τον ηλεκτρολύτη, αφήνοντας παράλληλα επιπλέον γλυκό νερό διαθέσιμο.
Το συμπυκνωμένο θαλασσινό νερό μπορεί επίσης να υποστεί επεξεργασία για την ανάκτηση αλατιού, ουρανίου, βρωμίου και άλλων θαλάσσιων πόρων.
Μεγαλύτερη μονάδα λειτουργεί για 40 ημέρες
Η εργασία βασίζεται σε μια μονάδα ισχύος 25 kW που ανέπτυξε η ομάδα το 2023. Το σύστημα αυτό χρησιμοποιούσε την ίδια τεχνολογία αφαλάτωσης και χαρακτηρίστηκε διεθνώς κορυφαίο από την China Petroleum and Chemical Industry Federation.
Οι ερευνητές έχουν πλέον κλιμακώσει τον σχεδιασμό στα 250 kW. Η μεγαλύτερη μονάδα μπορεί να παράγει ετησίως 380.000 κανονικά κυβικά μέτρα (περίπου 13,4 εκατομμύρια κανονικά κυβικά πόδια) υδρογόνου. Το υδρογόνο έχει καθαρότητα 99,99%.
Η μονάδα παράγει επίσης 256 μετρικούς τόνους (περίπου 282 αμερικανικούς τόνους) γλυκού νερού ετησίως. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, το σύστημα λειτούργησε για 40 ημέρες υπό συνθήκες καθημερινής εκκίνησης και διακοπής χωρίς εμφανή μείωση της απόδοσης.
Το χαμηλότερο κόστος θα μπορούσε να στηρίξει το πράσινο υδρογόνο
Η μελέτη διαπίστωσε ότι το ολοκληρωμένο σύστημα βελτίωσε την αξιοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας κατά 14,4% σε σύγκριση με την παραδοσιακή αλκαλική ηλεκτρόλυση νερού. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι το σύστημα θα μπορούσε να είναι πιο ανταγωνιστικό από τη συμβατική αφαλάτωση θαλασσινού νερού που ακολουθείται από ηλεκτρόλυση.
Το εκτιμώμενο κόστος παραγωγής υδρογόνου ήταν 2,10 δολάρια ανά κιλό όταν η ηλεκτρική ενέργεια προερχόταν από χερσαία αιολική ενέργεια με κόστος 0,033 δολάρια ανά κιλοβατώρα. Το κόστος αυξανόταν στα 2,90 δολάρια ανά κιλό όταν η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια κόστιζε 0,049 δολάρια ανά kWh. Η μελέτη συνέκρινε αυτά τα μεγέθη με την τρέχουσα τιμή πώλησης υδρογόνου, περίπου 3,90 δολάρια ανά κιλό.
Ο Deng δήλωσε ότι η μελλοντική εργασία θα πρέπει να επικεντρωθεί σε καλύτερους καταλύτες, στη βελτιωμένη ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας του ηλεκτρολύτη και στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων λειτουργίας με βάση την τεχνητή νοημοσύνη, ώστε να αυξηθεί περαιτέρω η αποδοτικότητα του συστήματος.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Energy)
www.worldenergynews.gr
