Girdi olarak yenilenebilir enerji kullanan elektrokimyasal tuzlu su elektrolizi, yeşil hidrojenin seri üretimi için oldukça arzu edilen ve sürdürülebilir bir yöntemdir. Deniz suyunun karmaşık bileşenlerinden kaynaklanan elektrot yan reaksiyonları, korozyon sorunları ve yetersiz dayanıklılığı nedeniyle pratik uygulanabilirliğini ciddi şekilde zorlamaktadır.
Klorür iyonları tarafından oluşan korozyonu bastırmak için seçici elektro katalizörler luşturmak üzere polianyon kaplamaları kullanırlar. Deniz suyundan tuzu arındırma dolaylı ayırma işlemi ile yan reaksiyon ve korozyon sorunları önlenebilir. Bu yöntemde ek enerji girdisi gerekir ve ekonomik açıdan daha az çekici hale gelmektedir. Ayrıca, bağımsız hacimli tuzdan arındırma sistemi, deniz suyu elektroliz sistemlerini boyut açısından daha az esnek hale getirmektedir. Heping Xie ve ekibinin çalışmasında, hidrojen üretimi için yan reaksiyon ve korozyon problemlerini kökten ele alan doğrudan bir deniz suyu elektroliz yöntemi öneriliyor. Pratik uygulama koşullarında hatasız olarak 3.200 saatten fazla bir süre boyunca santimetre kare başına 250 miliamper akım yoğunluğunda bu sistem kararlı bir şekilde çalıştırıldı. Bu strateji, işletme maliyetinde kayda değer bir artış olmadan tatlı su ayırmaya benzer bir şekilde verimli, boyut açısından esnek ve ölçeklenebilirdir. Aynı zamanda doğrudan deniz suyu elektrolizini gerçekleştirir ve pratik bir uygulama için yüksek potansiyele sahiptir. Daha da önemlisi, bu konfigürasyon ve mekanizma, eş zamanlı su bazlı atık arıtma, kaynak geri kazanımı ve tek adımda hidrojen üretiminde daha fazla uygulama vaat ediyor1.
Hidrojen, zararlı sera gazları üretmeden yakılabilen bir gazdır. Bununla birlikte gelen sorunlar içerisinde hidrojenin depolanması ve üretimini sayabiliriz. Çin’den Xie ve ekibi, yerel deniz suyuyla çalışan ve yan reaksiyonlarıyla korozyon sorunları olmayan bir tür elektroliz yöntemi geliştirdi. Nature dergisinde yayınlanan çalışmalarında grup, süreçlerini gerçek dünyadaki bir yerde test etti.
Elektroliz, hidrojen üretiminin suya elektrik uygulayarak onu oksijen ve hidrojen bileşenlerine ayırmanın bir yöntemidir. Ne yazık ki, mevcut elektroliz yöntemleri neredeyse saf su gerektirir. Bu yeni çalışmada araştırmacılar, saf olmaktan çok uzak bir kaynak olan deniz suyunu kullanarak bir elektroliz işlemi geliştirdiler.
İşlem, su geçirmez giysilerde kullanılan türe benzer bir zar içeriyor. Tek tek moleküllerin geçmesine izin verecek kadar küçük gözeneklere sahip ancak suda olduğu gibi moleküllerin bir araya toplanmasını engelliyor. Cihazlarda zarın dış kısmı deniz suyuna, iç tarafı ise az miktarda potasyum hidroksite (KOH) maruz kalmaktadır. Ekip, KOH’yi tutan kesenin içine gaz akımlarını temiz tutan bir ayırıcının her iki tarafına hidrojen ve oksijen üreten elektrotlar yerleştirdi.
Cihaz, deniz suyuna daldırıldığında içindeki su parçalanarak hidrojen ve oksijen üretildi. Bu, cihaza daha fazla deniz suyu çeken ve cihazın sürekli çalışmasına izin veren KOH konsantrasyon seviyelerini düşürdü. Cihazda az miktarda deniz suyu buhar halinde tutuldu. Zardan temiz bir şekilde geçmesine izin verdi ve burada bir kez daha su durumuna geri dönerek elektroliz için saf su sağladı. Tüpler, hidrojeni toplamak için oksijeni havalandırdı ve böylelikle hidrojenin üretimiyle ilgili sorun ise ortadan kalkmış oldu.
Araştırmacılar cihazlarını Shenzhen Körfezi’nde (Hong Kong’un hemen kuzeyinde) test ettiler. Ölçümler, geleneksel yöntemler kadar hidrojen üretildiğini ve aynı zamanda dayanıklı olduğunu gösterdi; bozulma belirtisi olmadan 3.200 saat çalıştırıldı.
Kaynaklar