Co je rozdělení vody?

Štěpení vody je proces rozkladu chemické sloučeniny vody na její základní složky vodíku a kyslíku. Existuje mnoho přístupů k dělení vody, z nichž nejběžnější je elektrolýza, kde elektrický proud prochází vodou za vzniku vodíkových a kyslíkových iontů. Ačkoli mnoho metod štěpení vody není energeticky účinné, pokud jde o energii potřebnou k oddělení vodíku a kyslíku od vody versus energie, která může být později získána z čistého vodíku pro palivo, přesto je tento proces vnímán jako potenciální alternativa k nahrazení závislost na fosilních palivech. Aplikace využívající sluneční energii a nové chemické katalyzátory k rozdělení vody nabízejí slibnou metodu výroby obnovitelných čistých energetických zisků bez produkce emisí skleníkových plynů nebo jiných znečišťujících látek v procesu.

Fotokatalytické štěpení vody pomocí energie světla nebo pomocí jiných obnovitelných zdrojů energie, jako je větrná energie, se nyní používá k výrobě elektrického proudu v nových formách elektrolýzy. Cílem je vytvořit systém štěpení vody, který je plně poháněn obnovitelnými zdroji energie, například slunečním zářením, čímž je výroba vodíku konkurenceschopná vůči fosilním palivům. Výzvou v tomto procesu bylo vyvinout elektrody, které jsou vyrobeny z levných a odolných materiálů. Bylo zjištěno, že sloučeniny kobaltu a niklu boritanu nabízejí zvýšenou účinnost a jsou levné a snadno vyrobitelné. Ačkoli tyto nové elektrodové sloučeniny jsou bezpečné v komerčních solárních palivových výrobních systémech, nemohou zatím konkurovat účinnosti průmyslových metod elektrolýzy, které používají nebezpečné alkalické sloučeniny jako elektrolytové roztoky.

Mechanismy štěpení vody, které nabízejí nejslibnější z hlediska energetického zisku, jsou založeny na procesu fotosyntézy, kterou rostliny používají k přeměně slunečního světla na chemickou energii. Zatímco přírodní systémy pro toto jsou velmi pomalé a umělé systémy, které napodobují to zpočátku mělo účinnost méně než 1%, když výzkum v nich začal v roce 1972 v Japonsku, nové procesy zvyšují úroveň produkce vodíku. Japonští vědci v roce 2007 začali potahovat elektrody vyrobené z hydrogenovaného mikrokrystalického křemíku nanočásticemi platiny, což dále zvyšovalo stabilitu a životnost elektrod a jejich katalytickou schopnost při dělení vody.

Podobný výzkum v Národní laboratoři pro obnovitelné zdroje energie (NREL) ve Spojených státech se zaměřuje na míru konverze sluneční a vodíkové účinnosti v roce 2015 na 14% se zvýšenou trvanlivostí elektrod z 1 000 hodin v roce 2005 na 20 000 hodin v roce 2015. Jak se tato účinnost zvyšuje, odpovídající náklady na výrobu vodíkových paliv se snižují, přičemž náklady na výrobu H2 v amerických dolarech (USD) za kilogram ($ / kg) v roce 2005 činily 360 $ / kg až 5 $ / kg v roce 2015. I při tomto Pokud jde o úroveň vody, štěpení vody za účelem výroby vodíku je stále třikrát až desetkrát dražší než výroba paliv na bázi vodíku z reformace zemního plynu. Výzkum má ještě nějakou vzdálenost, než bude ekonomicky konkurenceschopný se zavedeným energetickým sektorem.