새로운 장치는 바닷물에 담그면 수소를 만들 수 있다

존 티머 - 2022년 11월 30일 오후 9:55 UTC

재생 가능 에너지의 가격이 저렴해짐에 따라 이를 경제적으로 저장하는 방법을 찾는 추진력이 커지고 있습니다. 배터리는 생산 시 단기적인 흐름을 처리할 수 있지만 전력 출력의 장기적인 부족분이나 계절적 변화를 처리하지 못할 수도 있습니다. 수소는 높은 재생 생산성 기간 사이에 장기적인 가교 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 고려되고 있는 여러 옵션 중 하나입니다.

그러나 수소에는 그 자체의 문제가 있습니다. 물을 분해하여 얻는 것은 에너지 측면에서 매우 비효율적이며 장기간 보관하는 것이 어려울 수 있습니다. 대부분의 수소 생산 촉매는 순수한 물에서도 가장 잘 작동합니다. 기후 변화로 인해 가뭄의 강도가 높아지고 있기 때문에 반드시 구하기 쉬운 품목은 아닙니다.

중국에 기반을 둔 한 연구팀이 이제 바닷물에서 시작할 때 수소를 출력할 수 있는 장치를 개발했습니다. 실제로 장치가 작동하려면 바닷물에 앉아 있어야 합니다. 작동을 위한 핵심 개념은 대부분의 방수 의류 작동 방식을 이해하는 사람이라면 누구에게나 친숙할 것입니다.

방수, 통기성 의류는 세심하게 구조화된 모공이 있는 멤브레인에 의존합니다. 멤브레인은 물을 밀어내는 재질로 만들어졌습니다. 구멍이 있지만 액체 물이 통과하기에는 너무 작습니다. 하지만 그 크기는 개별 물 분자가 통과할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 결과적으로, 옷 외부의 물은 그대로 유지되지만, 증발하는 내부의 땀은 여전히 ​​직물을 통해 흘러 외부 세계로 흘러나갑니다. 결과적으로 직물이 숨을 쉬게 됩니다.

유사한 멤브레인이 새 장치의 기능에 핵심입니다. 이는 액체 물이 막을 통과하는 것을 방지하지만 수증기는 통과할 수 있도록 합니다. 가장 큰 차이점은 멤브레인 양쪽에 액체 상태의 물이 있다는 것입니다.

외부에는 표준적인 염분 수집을 포함하는 바닷물이 있습니다. 내부에는 수소 생성 전기분해 공정과 호환되는 단일 염(이 경우 수산화칼륨(KOH))의 농축 용액이 있습니다. KOH 용액에 담긴 전극 세트는 분리기 양쪽에서 수소와 산소를 생성하여 가스 흐름을 순수하게 유지합니다.

그렇다면 하드웨어가 작동하기 시작하면 어떻게 될까요? 장치 내부의 물이 분리되어 수소와 산소를 생성함에 따라 감소된 수위로 인해 KOH 용액(해수보다 훨씬 더 농축되기 시작함)의 농도가 증가합니다. 이는 KOH를 희석시키기 위해 물이 바닷물에서 막을 가로질러 이동하는 것을 에너지적으로 유리하게 만듭니다. 그리고 기공 때문에 가능하지만 물이 증기 형태로 움직이는 경우에만 가능합니다.

결과적으로, 물은 막 내부에 있는 동안 증기 상태로 잠시 존재했다가 장치 내부에 들어가면 빠르게 액체로 돌아갑니다. 바닷물에 있는 복잡한 염분 혼합물은 모두 막 외부에 남게 되며, 이를 분할하는 전극에는 신선한 물이 지속적으로 공급됩니다. 중요한 것은 이 모든 것이 일반적으로 담수화에 수반되는 에너지 사용 없이 이루어지기 때문에 표준 전해조에서 사용하기 위해 물을 정화하는 것보다 전체 공정이 더 에너지 효율적이라는 것입니다.

이 모든 것이 원칙적으로는 훌륭해 보이지만 실제로 작동합니까? 이를 알아보기 위해 팀은 장치를 조립하여 심천만 해수(홍콩과 마카오의 북쪽 만입구)에서 사용하도록 했습니다. 그리고 거의 모든 합리적인 성능 측정을 통해 잘 작동했습니다.

3,200시간 사용 후에도 성능을 유지했으며, 사용 후 멤브레인을 전자현미경으로 관찰한 결과 이 ​​시점에서도 기공이 막히지 않은 상태로 남아 있었습니다. 시스템에 사용된 KOH는 완전히 순수하지 않았기 때문에 바닷물에서 발견되는 이온이 낮은 수준으로 포함되어 있었습니다. 그러나 이러한 수준은 시간이 지나도 증가하지 않았으며, 이는 시스템이 해수를 전기분해실 밖으로 내보내는 것을 확인시켜주었습니다. 전력 측면에서 시스템은 표준 전해조만큼 많은 에너지를 사용하여 정수에 에너지 비용이 들지 않는다는 것을 확인했습니다.