Vad är elektrolys av vatten?
Elektrolys av vatten är en process som använder en elektrisk ström för att dela vattenmolekyler i väte och syre. Det utförs ofta som ett experiment i gymnasiets vetenskapslaboratorier och har studerats som en metod för att få vätgasbränsle. Från och med 2010 hade vattenelektrolys emellertid inte funnits omfattande kommersiellt eller industriellt bruk. Processen kräver tre komponenter: en elektrisk källa, två elektroder och vatten.
Rent vatten används inte i elektrolys - rent vatten hämmar elektrisk ledning. För att låta den elektriska strömmen passera genom vattnet måste ämnen läggas till den. Dessa ämnen upplöses för att bilda något som kallas elektrolyter.
En elektrolyt är alla ämnen som leder elektricitet. Elektrolyter kan leda elektricitet eftersom de består av elektriskt laddade atomer eller molekyler som kallas joner. Även om vatten består av väte- och syrejoner har själva vattenmolekylen en neutral elektrisk laddning. Salt eller några droppar av en syra eller bas tillsättes vanligtvis till vattnet för att bilda en elektrolytlösning.
Batterier, likströmskälla (DC) eller solpaneler används vanligtvis för att leverera elektricitet för elektrolys av vatten. Två elektroder är anslutna till den elektriska källan och nedsänkta i en behållare med vatten. När elektricitet appliceras börjar vattenmolekylerna att delas upp och bildar instabila joner av väte (H + ) och hydroxid (OH - ).
Vätejonerna, som saknar en elektron, är positivt laddade. De vandrar mot den negativa elektroden där fria elektroner flyter ut i vattnet. Här får vätejonerna en elektron för att bilda stabila väteatomer. Enskilda väteatomer kombineras för att bilda vätemolekyler (H2), som bubblar till ytan. Denna reaktion kan uttryckas som: 2 H + + 2 e - → H2.
Däremot har hydroxidjonerna för många elektroner. De vandrar mot den positiva elektroden, där de extra elektronerna avlägsnas och dras in i den elektriska kretsen. Detta lämnar syremolekyler och vatten. Denna reaktion kan uttryckas som: 4 OH - - 4 e - → O 2 + 2H20. Syre-molekylerna bubblar till ytan.
Även om elektrolysen av vatten huvudsakligen har begränsats till laboratorier har användningen av väte som en ren energikälla förnyat intresse. Att hitta en ren energikälla för att driva reaktionen innebär emellertid praktiska och miljömässiga problem. Elektrolysen av vatten är varken effektiv eller billig.
Bränslekostnader har varit ett stort hinder. Miljöpåverkan av elproduktion är en annan. I synnerhet måste den koldioxid som frigörs av värmekraftverk beaktas. Dessa miljömässiga och tekniska svårigheter kanske inte är oöverstigliga. Tills de övervinns är vattenhydrolys emellertid fortfarande en opraktisk källa för att tillgodose samhällets energibehov.