సముద్రపు నీటి నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి అంటే ఏమిటి? ఎందుకు అంత శ్రద్ధ? సాంకేతిక ఇబ్బందులు ఏమిటి?

సముద్రపు నీటి యొక్క ప్రత్యక్ష విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి యొక్క పైలట్ పరీక్ష విజయవంతం కావడం ఎందుకు చాలా దృష్టిని ఆకర్షించింది? అది ఎంత కష్టం? సముద్రపు నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి సాంకేతిక సమస్యలను అధిగమించాల్సిన అవసరం ఏమిటి?

01

సముద్రపు నీటి నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి

నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి చాలా ముఖ్యమైన గ్రీన్ హైడ్రోజన్ తయారీ సాంకేతికతగా పరిగణించబడుతుంది. ప్రస్తుతం, వాణిజ్యీకరించబడిన నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ సాంకేతికత మంచినీటిని ఎలక్ట్రోలైట్‌గా ఉపయోగిస్తుంది. మనందరికీ తెలిసినట్లుగా, గ్లోబల్ మంచినీటి వనరులు చాలా పరిమితంగా ఉన్నాయి, హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి జలవిద్యుత్ యొక్క పెద్ద ఎత్తున అప్లికేషన్, ఇది నిస్సందేహంగా మంచినీటి వనరుల కొరతను తీవ్రతరం చేస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, సముద్రపు నీరు వనరులతో సమృద్ధిగా ఉంది, ఇది "సముద్రపు నీటి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి" అనే ఆలోచనకు దారి తీస్తుంది.

Unlike fresh water, which accounts for 96.5 percent of the Earth's total water volume, seawater has a complex composition involving more than 90 chemicals and elements. A large number of ions, microorganisms and particles contained in seawater can lead to problems such as side reaction competition, catalyst inactivation and diaphragm blockage during hydrogen production.

To this end, hydrogen production technology using seawater as raw materials has formed two different routes. First, the direct production of hydrogen from seawater, that is, based on natural seawater, is mainly produced by electrolysis or photolysis. Second, indirect hydrogen production of seawater is to desalinate and remove impurities from seawater, desalinate seawater to form high-purity fresh water first, and then produce hydrogen.

02

రెండు ప్రధాన ప్రయోజనాలు

ఆఫ్‌షోర్ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి ప్లాట్‌ఫారమ్‌లను శక్తి యొక్క దీర్ఘకాలిక నిల్వగా లేదా చక్కటి రసాయనాల కోసం ఉత్పత్తి ప్రదేశాలుగా ఉపయోగించవచ్చు, ఇది గ్రీన్ ఎనర్జీని రసాయన ఉత్పత్తి వ్యవస్థలతో సన్నిహితంగా అనుసంధానించడానికి అనుమతిస్తుంది.

ఆఫ్‌షోర్ హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి ప్లాట్‌ఫాం సుదూర సముద్ర పునరుత్పాదక విద్యుత్ వినియోగం సమస్యను పరిష్కరించగలదు మరియు హైడ్రోజన్ మరియు గ్రీన్ అమ్మోనియాను అక్కడికక్కడే ఉత్పత్తి చేయడానికి పునరుత్పాదక విద్యుత్తును ఉపయోగించడం సుదూర సముద్ర పునరుత్పాదక శక్తి యొక్క ప్రధాన అనువర్తన పద్ధతిగా మారవచ్చు. భవిష్యత్తు.

03

సాంకేతిక ఇబ్బంది

సాంకేతిక సమస్య 1: సముద్రపు నీటిలోని అనేక మలినాలు కాథోడ్ హైడ్రోజన్ పరిణామం సంభవించడాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి

విద్యుద్విశ్లేషణ నీటి ప్రక్రియలో, H2 కాథోడ్ నుండి అవక్షేపించబడుతుంది, కాథోడ్ హైడ్రోజన్ పరిణామ ప్రతిచర్య కోసం, అత్యంత సవాలుగా ఉన్న సమస్య ఏమిటంటే, సహజ సముద్రపు నీటిలో Na+, Mg2+, Ca2+ మొదలైన వివిధ కరిగిన కాటయాన్‌లు ఉన్నాయి. అనేక రకాల బ్యాక్టీరియా, సూక్ష్మజీవులు మరియు చిన్న కణాలు ఉన్నాయి.

ఈ మలినాలు సముద్రపు నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ పురోగతితో ఎలక్ట్రోడ్‌ను మూసుకుపోతాయి, ఆపై విద్యుద్విశ్లేషణ వ్యవస్థలో ఎలక్ట్రోడ్/ఉత్ప్రేరకము యొక్క వృద్ధాప్యాన్ని విషం లేదా వేగవంతం చేస్తుంది, ఫలితంగా పేలవమైన మన్నిక ఏర్పడుతుంది.

సాంకేతిక ఇబ్బంది 2: క్లోరైడ్ అయాన్లు అనోడిక్ తుప్పుకు కారణమవుతాయి మరియు అనోడిక్ ఆక్సిజన్ పరిణామ ప్రతిచర్యను ప్రభావితం చేస్తాయి

నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో, O2 సాధారణంగా యానోడ్ నుండి అవక్షేపించబడుతుంది. అయినప్పటికీ, సముద్రపు నీటిలో పెద్ద సంఖ్యలో క్లోరైడ్ అయాన్లు (Cl-) ఉండటం వలన యానోడ్ పదార్థం యొక్క తీవ్రమైన తుప్పు ఏర్పడుతుంది, ఇది ఎలక్ట్రోడ్ దెబ్బతినడానికి మరియు అధిక వోల్టేజీకి దారి తీస్తుంది, తద్వారా సమర్థవంతమైన ఆక్సిజన్ పరిణామ ప్రతిచర్య ముగుస్తుంది. అదనంగా, క్లోరైడ్ అయాన్ల యొక్క అధిక సాంద్రత యానోడ్ క్లోరిన్ ఆక్సీకరణ ప్రతిచర్యలో కూడా సంభవిస్తుంది, ఉత్ప్రేరకం యొక్క క్రియాశీల సైట్‌ను ఆక్రమిస్తుంది, తద్వారా యానోడ్ ఆక్సిజన్ పరిణామ ప్రతిచర్య యొక్క సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది.

సాంకేతిక ఇబ్బంది 3: అనోడిక్ ఆక్సిజన్ ఎవల్యూషన్ రియాక్షన్ మరియు ఆక్సిజన్ క్లోరినేషన్ రియాక్షన్ మధ్య పోటీ

సముద్రపు నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో, యానోడ్ రెండు ప్రతిచర్యలకు లోనవుతుంది, అవి: ఆక్సిజన్ ఎవల్యూషన్ రియాక్షన్ (OER) మరియు ఆక్సిజన్ క్లోరినేషన్ రియాక్షన్ (ClOR). ఆక్సిజన్ ఎవల్యూషన్ రియాక్షన్: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1.23V (వర్సెస్ RHE)

క్లోరిన్ ఆక్సీకరణ చర్య: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1.71V (వర్సెస్ RHE)

రెండింటిలో E0 సారూప్యంగా ఉన్నట్లు చూడవచ్చు, ఇది పోటీ సంబంధాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క పని వోల్టేజ్‌ను బాగా పరిమితం చేస్తుంది. అదనంగా, ClOR ప్రతిచర్య మరియు హైపోక్లోరైట్ ఏర్పడటం రెండూ రెండు-ఎలక్ట్రాన్ ప్రతిచర్యలు, మరియు ClOR ప్రతిచర్య OER నాలుగు-ఎలక్ట్రాన్ ప్రతిచర్య కంటే గతిపరంగా నిర్వహించడం సులభం, కాబట్టి OER ఓవర్‌పోటెన్షియల్ సాధారణంగా ClOR కంటే ఎక్కువగా ఉన్నట్లు గమనించవచ్చు.

04

పరిశోధన స్థితి

ప్రస్తుతం, సముద్రపు నీటి నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి పరిశోధన మరియు పరీక్ష యొక్క ప్రారంభ దశలోనే ఉంది మరియు ఇప్పటికీ అనేక సవాళ్లను ఎదుర్కొంటోంది, అయితే సముద్రపు నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ నుండి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి యొక్క పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి కొంత పురోగతిని సాధించింది. 2022లో, అకడమీషియన్ క్సీ హెపింగ్ బృందం సముద్రపు నీటి నుండి ప్రత్యక్ష హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి రంగంలో అసలు పురోగతిని సాధించింది మరియు దశల మార్పు మరియు వలసల ద్వారా డీశాలినేషన్ లేకుండా సముద్రపు నీటి నుండి నేరుగా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి చేసే కొత్త సూత్రం మరియు సాంకేతికతను వినూత్నంగా ఏర్పాటు చేసింది. స్వదేశంలో మరియు విదేశాలలో సముద్రపు నీటి హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి యొక్క అనేక ప్రదర్శన ప్రాజెక్టులు ఉన్నాయి, కానీ అవి ఇప్పటికీ చిన్న-స్థాయి పైలట్లు, మరియు వాటిలో చాలా వరకు నిర్మాణంలో ఉన్నాయి లేదా ప్రతిపాదించబడ్డాయి.

సముద్రపు నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి చిన్న మరియు పైలట్ పరీక్షల నుండి చివరి పారిశ్రామిక విస్తృత అప్లికేషన్ వరకు చాలా దూరం వెళ్ళవలసి ఉన్నప్పటికీ. అయినప్పటికీ, హైడ్రోజన్ శక్తి యొక్క ట్రిలియన్-స్థాయి ట్రాక్‌లో, ఈ సాంకేతికత చివరికి వర్తించినట్లయితే, అది "డీకార్బనైజేషన్" రహదారిపై అత్యంత లోతైన సిరాను వదిలివేస్తుందని మేము నమ్ముతున్నాము!