Тепло машин и электродиализ для производства водорода

Когда эти чередующиеся слои расположены между двумя электродами, батарея может генерировать достаточно энергии для расщепления воды на водород (на стороне катода) и кислород (на стороне анода)

Возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра, солнца и волн, нестабильны и часто бывают недоступны, когда они необходимы. Несоответствие между производством и потреблением энергии может быть устранено путем ее накопления.

К одной из перспективных технологий накопления энергии относится производство водорода методом обратного электродиализа. Для производства водорода предлагается использовать отработанное тепло промышленных процессов, из-за его легкодоступности и удельной мощности обратного электродиализа.

При обратном электродиализе потенциальная энергия, запасенная в двух растворах с различными концентрациями вещества, преобразовывается в электрическую энергию. Анионообменные и катионообменные мембраны отделяют разбавленный солевой раствор от концентрированного солевого раствора. Ионы мигрируют из концентрированного в разбавленный раствор, и поскольку два разных типа мембран чередуются, они заставляют анионы и катионы двигаться в противоположных направлениях, что создает электрический ток.

Когда эти чередующиеся слои расположены между двумя электродами, батарея может генерировать достаточно энергии для расщепления воды на водород (на стороне катода) и кислород (на стороне анода).

Первое исследование обратного электродиализа было проведено в 1950-х годах, когда первые эксперименты проводились с концентрациями NaCl, аналогичными для морской и речной воды. Использование природных солевых растворов относительно доступно, но сопровождается биологическим загрязнением мембран или энергоемкой предварительной обработкой растворов. Рециркуляция солевых растворов обеспечивает большее разнообразие солей и, не используя природные растворы (такие как морская и речная вода), позволяет избежать биологического обрастания мембран.

В статье, опубликованной в журнале Energies, описываются две концепции регенерации концентраций, используемых в блоке термического разделения при обратном электродиализе. Первая концепция заключается в осаждении соли из разбавленного раствора, а вторая - в испарении воды из концентрированного раствора.

В первой концепции большая часть энергии требуется для нагрева раствора от 10°С до 40°С и для растворения соли в процессе отделения осадков. Во второй концепции основное потребление энергии происходит в процессе испарения воды из концентрированного раствора.

Источник: Energies 2019, 12(18), 3428; https://doi.org/10.3390/en12183428