Пенсильванийн их сургуулийн хэсэг судлаачдын үзэж байгаагаар тун удахгүй нар, салхи, далайн хүч нэгдэж байгальд ээлтэй устөрөгчийн түлш үйлдвэрлэж магадгүй байна. Тус багийнхан ус цэвэршүүлэх технологийг шинэ туршилтын төсөлд нэгтгэсэн далайн усны электролизер, энэ нь усны молекул дахь устөрөгч ба хүчилтөрөгчийг ялгахад цахилгаан гүйдэл ашигладаг.
Каппа, Эван Пугийн их сургуулийн профессор, байгаль орчны инженерийн профессор Брюс Логаны хэлснээр, "далайн усыг хуваах" энэхүү шинэ арга нь салхи, нарны эрчим хүчийг хадгалах боломжтой, зөөврийн түлш болгон хувиргахад тусална.
"Устөрөгч бол агуу түлш, гэхдээ та үүнийг авах хэрэгтэй" гэж Логан хэлэв. - Үүнийг хийх цорын ганц тогтвортой арга бол сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглаж, уснаас үйлдвэрлэх явдал юм. Та бас хүмүүс ашиглахыг хүсэхгүй байгаа усыг өөр зориулалтаар ашиглах хэрэгтэй бөгөөд энэ нь далайн ус байх болно. Тиймээс устөрөгчийн үйлдвэрлэлийн Ариун Граил нь далайн ус, салхи, нарны эрчим хүчийг далайн эрэг, далайн орчинд олж авах ёстой байв."
Далайн ус ихтэй хэдий ч усыг тусгаарлахад ихэвчлэн ашигладаггүй. Хэрэв усыг электролизерт оруулахаас өмнө давсгүйжүүлээгүй бол энэ нь үнэтэй нэмэлт алхам юм - далайн усан дахь хлорын ионууд нь хортой хлорын хий болж хувирдаг бөгөөд энэ нь тоног төхөөрөмжийг сүйтгэж, хүрээлэн буй орчинд нэвчидэг.
Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд судлаачид урвуу осмос (RO) эмчилгээнд усыг цэвэршүүлэх зориулалттай нимгэн, хагас нэвчүүлэгч мембраныг суулгасан. Урвуу осмос мембран нь электролизерт түгээмэл хэрэглэгддэг ион солилцооны мембраныг сольсон.
"Урвуу осмосын цаад санаа бол та усанд үнэхээр өндөр даралт өгч, түүнийг мембранаар шахаж, хлорын ионуудыг үлдээх явдал юм" гэж Логан хэлэв.
Электролизаторт далайн ус урвуу осмос мембранаар дамжихаа больсон, харин түүнд хадгалагдах болно. Мембран нь гадны тэжээлийн эх үүсвэрт холбогдсон эерэг цэнэгтэй анод ба сөрөг цэнэгтэй катод гэсэн хоёр живсэн электродын ойролцоо үүсэх урвалыг салгахад ашигладаг. Цахилгааныг асаахад усны молекулууд анод дээр хуваагдаж, протон гэж нэрлэгддэг жижиг устөрөгчийн ионуудыг ялгаруулж, хүчилтөрөгчийн хий үүсгэдэг. Дараа нь протонууд мембранаар дамжин катодын электронуудтай нийлж устөрөгчийн хий үүсгэдэг.
Урвуу осмос мембраныг суурилуулснаар далайн ус нь катодын тал дээр үлдэж, хлорын ионууд нь мембранаар дамжин анод хүрэхэд хэтэрхий том тул хлорын хий үүсэхээс сэргийлдэг.
Гэвч Логаны онцолсончлон усыг хуваахад бусад давсыг зориудаар усанд уусгаж, дамжуулагч болгодог. Ионыг цахилгаан цэнэгээр шүүдэг ион солилцооны мембран нь давсны ионуудыг дамжин өнгөрөх боломжийг олгодог. Урвуу осмос мембран байхгүй.
Том ионуудын хөдөлгөөн нь RO мембранаар хязгаарлагддаг тул судлаачид нүх сүвээр хөдөлж буй жижиг протонууд өндөр цахилгаан гүйдлийг хадгалахад хангалттай эсэхийг шалгах шаардлагатай болсон.
Судлаачид хэд хэдэн туршилтаар худалдаанд гарсан хоёр урвуу осмос мембран, хоёр катион солилцооны мембраныг туршиж үзсэн бөгөөд энэ нь систем дэх бүх эерэг цэнэгтэй ионуудын хөдөлгөөнийг зөвшөөрдөг ион солилцооны мембраны төрөл юм. Тэд тус бүрийг ионуудын хөдөлгөөнд мембраны эсэргүүцлийг туршиж үзсэн. Мөн урвалыг дуусгахад шаардагдах энергийн хэмжээг тооцоолж, хийн устөрөгч, хүчилтөрөгч үүсэх, хлорын ионуудтай харилцан үйлчлэлцэх, мембраны эвдрэлд дүн шинжилгээ хийсэн.
Судлаачид далайн усны электролизийн судалгааг үргэлжлүүлэхийн тулд Үндэсний шинжлэх ухааны сангаас (NSF) 300 долларын буцалтгүй тусламж саяхан авсан. Логан тэдний судалгаа дэлхий даяар нүүрстөрөгчийн давхар ислийн ялгарлыг бууруулахад чухал үүрэг гүйцэтгэнэ гэж найдаж байна.
Мөн уншина уу:
- TSMC: 2021 онд 3нм процессоруудын туршилтын хуулбарууд гарч ирнэ
- Таталцал нь орчлон ертөнцийн нэгэн жигд байдлыг үүсгэдэг