انقلاب در تولید هیدروژن از آب دریا؛ دانشمندان راهکاری مقاوم، اقتصادی و پایدار معرفی کردند
انقلاب در تولید هیدروژن از آب دریا؛ دانشمندان راهکاری مقاوم، اقتصادی و پایدار معرفی کردند
گفته میشود این دستاورد علمی بر پایه طراحی و ساخت یک الکترود چندلایه با ریزساختاری پیچیده بنا شده است؛ الکترودی که توانسته بر دو چالش دیرینه در الکترولیز آب دریا ــ خوردگی ناشی از یونهای کلر و افت عملکرد در طول زمان ــ غلبه کند.
حذف نمک، ممنوع! استخراج مستقیم از آب دریا، بدون تصفیه
در روشهای متداول تولید هیدروژن از طریق الکترولیز، استفاده از آب شیرین ضروری است؛ چرا که یونهای کلر موجود در آب دریا باعث خوردگی شدید الکترودها و کاهش عمر سامانه میشوند.
اما در این فناوری جدید، پژوهشگران موفق شدند هیدروژن را مستقیماً از آب دریا ــ بدون حذف املاح معدنی یا افزودن هیچ ماده شیمیایی ــ استخراج کنند. این بدان معناست که میتوان منابع نامحدود آب دریا را مستقیماً برای تولید سوخت پاک مورد استفاده قرار داد.
راز موفقیت: مهندسی دقیق ساختار الکترود
دکتر تنویر الحق، استاد شیمی دانشگاه شارجه و نویسندۀ اصلی مقاله در این زمینه توضیح داده: «ما الکترودی چندلایه و کاملاً مهندسیشده طراحی کردیم که میتواند با بازده بالا، مستقیماً از آب دریا هیدروژن استخراج کند. این طراحی نهتنها مشکل خوردگی را حل کرده، بلکه پایداری و راندمان عملکرد را نیز بهطور چشمگیری افزایش داده است.»
در قلب این فناوری، ساختاری پیچیده از «هیدروکسید دولایه کبالت (Co LDH)» نهفته که درون نانوساختار NiBOx جاسازی شده و روی شبکۀ میکروآرایۀ Ni(OH)₂/NF قرار دارد.
پژوهشگران با افزودن کربنات (CO₃²⁻) بهعنوان سایت پایه لوییس (Lewis base) در این ساختار، نوعی واکنش دینامیک ایجاد کردهاند که ضمن افزایش سرعت شکافتن مولکولهای آب، یونهای H⁺ را به دام میاندازد و در نتیجه، یک محیط اسیدی موضعی مفید در اطراف آند پدید میآورد.
گفته میشود که این محیط اسیدی موضعی، نهتنها فرایند واکنش تولید اکسیژن (OER) را تسریع میکند، بلکه از تشکیل رسوبهای مضر و حملات یون کلر نیز جلوگیری مینماید؛ دو مانع عمدهای که سالها بر سر راه تولید مستقیم هیدروژن از آب دریا قرار داشتند.
گامی مهم بهسوی تولید صنعتی هیدروژن سبز
بر اساس یافتههای این تحقیق، آند طراحیشده میتواند در شرایط عادی، چگالی جریان ۱ آمپر بر سانتیمتر مربع را در ولتاژ ۱٫۶۵ ولت تأمین کند؛ عددی که در مقیاس صنعتی کاملاً قابلقبول است.
این یعنی سامانه بدون نیاز به آب شیرین، بدون عملیات نمکزدایی پرهزینه، و تنها با بهرهگیری از آب دریا، قادر به تولید پایدار و بهینه هیدروژن خواهد بود.
پروفسور یوسف حائق، استاد مهندسی مکانیک و هستهای در دانشگاه شارجه و نویسندۀ مسئول این مطالعه نیز تأکید کرده که این فناوری با مصرف پایین انرژی و بازدهی بالا، میتواند نگرشها نسبت به تولید هیدروژن در مناطق خشک ساحلی مانند امارات متحده عربی را کاملاً متحول کند.
آیندهای سبز در سواحل خشک
در شرایطی که منابع آب شیرین بهویژه در کشورهای گرم و خشک خاورمیانه روزبهروز محدودتر میشود، امکان تولید مستقیم هیدروژن از آب دریا میتواند راهگشای طرحهای انرژی پاک باشد.
از آنجا که انرژی مورد نیاز برای الکترولیز را میتوان از منابع خورشیدی تأمین کرد، این فناوری در نهایت میتواند به مزرعههای هیدروژن خورشیدی (solar hydrogen farms) در حاشیۀ خلیج فارس، دریای عمان یا دریای سرخ جان ببخشد.
گفتنی است، هیدروژن سبز (Green Hydrogen) سوختی است که از طریق الکترولیز آب با انرژی تجدیدپذیر تولید میشود و برخلاف هیدروژن خاکستری یا آبی، هیچگونه اثر کربنی از خود بر جای نمیگذارد.
در پایان باید گفت که این سوخت، نقش کلیدی در کربنزدایی از بخشهایی چون حملونقل سنگین، صنایع فولاد و پتروشیمی ایفا میکند.
