Мръсната вода може да направи чистия водород по-достъпен, сочи изследване на Принстън

Отпадъчните води могат да заменят питейната вода при производството на водород, като по този начин спестят до 47% от разходите.

Учени от Инженерния факултет на Принстън са открили, че отпадъчните води могат успешно да се използват за производство на водород, заменяйки необходимостта от скъпа и ограничена чиста вода.

Резултатите, публикувани в списанието Water Research, показват, че този подход намалява разходите за пречистване на водата с до 47% и може да ускори прехода към чисти енергийни източници.

Проблемът с чистата вода в производството на зелен водород

В момента електролизата, използвана за производството на т.нар. зелен водород, изисква ултрачиста вода, която се получава чрез скъпоструващи процеси като обратна осмоза. Това не само увеличава цената, но и натоварва местните водоизточници.

„Инфраструктурата за водород често конкурира потреблението на питейна вода, но всяко населено място има пречиствателна станция. Това е огромен неизползван ресурс за бъдещата водородна икономика,“ казва проф. З. Джейсън Рен, водещ автор на изследването и експерт по гражданско и екологично инженерство.

Експериментът: водород от пречистени отпадъчни води

Екипът на Принстън тества възможността за използване на вече обработени отпадъчни води — така наречената reclaimed water, която обикновено се използва за напояване или промишлено охлаждане.

При предишни опити този метод е работил само временно. За да разберат защо, докторантката Лин Ду провежда серия от експерименти с електролизатор с протонно-обменна мембрана (PEM) — същата технология, която днес се използва индустриално.

Откритието: вината е в калция и магнезия

Резултатите показали, че при използване на отпадъчни води производителността спада бързо, докато при чиста вода реакцията остава стабилна.

Чрез електрохимични тестове и микроскопски анализи учените установили, че йоните на калция и магнезия — познати като причинители на котлен камък — запушват мембраната, като пречат на преминаването на протоните.

Просто, но ефективно решение: подкиселяване с разредена сярна киселина

За да преодолеят проблема, изследователите предложили елегантно решение — леко подкиселяване на водата със сярна киселина. Така се създава киселинен буфер, богат на протони, който предотвратява натрупването на минерали и поддържа постоянен електрически ток, осигурявайки непрекъснато производство на водород за над 300 часа без влошаване на ефективността.

„Скъпо е да премахнеш всички йони, за да получиш ултрачиста вода. Но ако просто я подкиселиш леко, можеш да използваш отпадъчната вода директно – без проблеми и с по-ниска цена,“ казва проф. Рен.

Ползи: по-малко разходи, по-малко енергия и по-устойчива екосистема

Екипът изчислява, че използването на пречистени отпадъчни води вместо питейна вода:

• намалява разходите за третиране на водата с около 47%;

• спестява до 62% от енергията, необходима за това третиране;

• не изисква изхвърляне на киселини или соли, тъй като те остават в затворен цикъл.

Следващи стъпки: индустриални тестове и морска вода

Изследователите вече работят с индустриални партньори, за да тестват технологията в по-голям мащаб, както и възможността тя да се прилага при предварително обработена морска вода.

Миналата година екипът публикува друго изследване, което идентифицира оптималните локации в САЩ, където производството на водород може да се комбинира с пречиствателни станции, осигуряващи постоянен достъп до възстановена вода.

„Нашата цел е да покажем, че рециклираната вода може да бъде основа на националната водородна стратегия, като едновременно намали разходите и опази природните ресурси,“ казва проф. Рен.

Извод

Изследването на Принстън показва, че „мръсната“ вода може да е ключът към по-чисто бъдеще.

С малка химическа корекция отпадъчните води могат да станат ефективен, евтин и устойчив източник за производство на зелен водород — гориво, което може да помогне за декарбонизацията на тежката индустрия.

Източник: TechXplore