Ученые из Принстонского университета США совершили прорыв, разработав метод производства водородного топлива из сточных вод. Этот подход позволяет снизить высокую стоимость и нагрузку на окружающую среду, связанные с использованием чистой воды, которую обычно применяют для производства водорода.
Инфраструктура водорода обычно конкурирует с потребностями региона в пресной воде. Однако в каждом городе есть очистные сооружения, что представляет собой широко распределенный источник воды для водородной экономики. "Зеленый" водород, производимый с помощью возобновляемого электричества, которое расщепляет воду на водород и кислород в процессе электролиза, имеет значительно более низкий углеродный след, если сравнивать с другими методами. Однако это требует дорогой чистой воды для предотвращения повреждения специальной мембраны электролизера примесями.
Ученые работали над тем, чтобы обойти дорогостоящий процесс очистки воды при получении "зеленого" водорода. Для этого вместо водопроводной воды тестировалась так называемая восстановленная сточная вода, которая представляет собой очищенную воду, пригодную для сброса или таких нужд, как орошение и промышленное охлаждение. Ранее уже предпринимались попытки использования сточных вод, но они быстро заканчивались неудачей. Ученые проанализировали причину сбоя системы в стандартном коммерческом электролизере, что и подсказало им новое решение.
В эксперименте использовался протонообменный мембранный электролизер, который является стандартной коммерческой технологией, используемой с чистой водой. Выяснилось, что предыдущие попытки провалились из-за ионов кальция и магния, присутствующих в сточных водах, которые прилипали к протонообменной мембране в электролизере. Это блокировало транспортировку ионов и вызывало быстрое снижение производительности.
Ученые решили проблему путем подкисления восстановленной сточной воды серной кислотой. Этот буфер служит богатым источником протонов, которые вытесняют проблемные ионы кальция и магния. Данный шаг успешно поддерживает ионную проводимость через мембрану, сохраняет необходимый электрический ток и обеспечивает непрерывное производство водорода. Используемая кислота никогда не покидает систему, что обеспечивает как экологические преимущества, так и экономию средств.
Применение восстановленных сточных вод вместо чистой воды может сократить стоимость подготовки сырья для производства водорода примерно на 47%, а энергетические затраты удастся уменьшить примерно на 62%.
В настоящее время ученые работают с промышленными компаниями над испытанием подхода в более крупных масштабах и с предварительно обработанной морской водой. Они также опубликовали исследование, в котором определили идеальные места на территории Соединенных Штатов для объединения водородных установок с очистными сооружениями. Это способствует повышению рентабельности водорода для сокращения выбросов в таких трудно поддающихся электрификации секторах, как производство стали и удобрений.
