Co to jest podział wody?
Rozdzielanie wody to proces rozkładania związku chemicznego wody na składniki wodoru i tlenu. Istnieje wiele podejść do rozszczepiania wody, z których najczęstszą jest elektroliza, w której prąd elektryczny przepływa przez wodę w celu wytworzenia jonów wodoru i tlenu. Chociaż wiele metod rozdzielania wody nie jest energooszczędnych pod względem energii wymaganej do oddzielenia wodoru i tlenu od wody w porównaniu do energii, którą można uzyskać później z czystego wodoru na paliwo, proces ten jest jednak postrzegany jako potencjalna alternatywa dla zastąpienia zależność od paliw kopalnych. Zastosowania wykorzystujące energię słoneczną i nowe katalizatory chemiczne do rozdzielania wody stanowią obiecującą metodę generowania zysków netto z energii odnawialnej bez powodowania emisji gazów cieplarnianych lub innych zanieczyszczeń w tym procesie.
Obecnie do wytwarzania prądu elektrycznego w nowych formach elektrolizy wykorzystuje się fotokatalityczne rozszczepianie wody za pomocą energii światła lub innych odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatru. Celem jest stworzenie systemu rozszczepiania wody, który będzie w całości napędzany odnawialnymi źródłami energii, takimi jak światło słoneczne, dzięki czemu produkcja wodoru będzie konkurencyjna w stosunku do paliw kopalnych. Wyzwaniem w tym procesie było opracowanie elektrod wykonanych z niedrogich i trwałych materiałów. Stwierdzono, że związki kobaltu i boranu niklu oferują zwiększoną wydajność, a ponadto są tanie i łatwe w produkcji. Chociaż te nowe związki elektrod są bezpieczne w komercyjnych systemach wytwarzających paliwo słoneczne, nie mogą jeszcze konkurować z wydajnością przemysłowych metod elektrolizy, w których niebezpieczne roztwory alkaliczne są stosowane jako roztwory elektrolitów.
Mechanizmy rozszczepiania wody, które dają największe szanse pod względem pozyskiwania energii, oparte są na procesie fotosyntezy, który rośliny wykorzystują do przekształcania światła słonecznego w energię chemiczną. Chociaż naturalne układy tego są bardzo powolne, a sztuczne układy, które naśladują, początkowo miały wydajność mniejszą niż 1%, gdy badania rozpoczęły się w nich w 1972 roku w Japonii, nowe procesy zwiększają poziom produkcji wodoru. Japońscy naukowcy w 2007 roku rozpoczęli powlekanie elektrod wykonanych z uwodornionego krzemu mikrokrystalicznego nanocząstkami platyny, co dodatkowo zwiększyło stabilność i żywotność elektrod oraz ich katalityczną zdolność do rozszczepiania wody.
Podobne badania przeprowadzone w Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) w Stanach Zjednoczonych dotyczą współczynników konwersji energii słonecznej na wodór na poziomie 14% w 2015 r., Przy zwiększonej trwałości elektrod z 1000 godzin w 2005 r. Do 20 000 godzin w 2015 r. Wraz ze wzrostem wydajności maleje odpowiadający jej koszt produkcji paliw wodorowych, przy koszcie produkcji H2 w 2005 r. W USD (kg / USD) na poziomie 360 USD / kg do 5 USD / kg w 2015 r. Nawet przy tym poziom, rozdzielanie wody w celu wytworzenia wodoru jest wciąż trzy do dziesięciu razy droższe niż wytwarzanie paliw wodorowych z reformingu gazu ziemnego. Badania muszą jeszcze pozostać do pokonania, zanim staną się konkurencyjne pod względem gospodarczym względem uznanego sektora energetycznego.