สำนักข่าว South China Morning Post รายงานว่า ทีมนักวิจัยระหว่างประเทศกล่าวว่าพวกเขาได้ค้นพบวิธีการอิเล็กโทรไลต์น้ำทะเลให้เป็นไฮโดรเจนโดยตรง โดยไม่ต้องใช้น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อผลิตพลังงานหมุนเวียน
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทียนจิน และมหาวิทยาลัยหนานไคในประเทศจีน ร่วมด้วยมหาวิทยาลัยแอดิเลดในออสเตรเลีย และมหาวิทยาลัยเคนต์สเตตในสหรัฐฯ ได้เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสาร Nature Energy ในวันอังคาร (31 ม.ค.)
“การอิเล็กโทรลิซิสในน้ำทะเลโดยตรงโดยไม่ใช้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์และสารเติมแต่งทางเคมีเป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างมาก และได้รับการตรวจสอบมาประมาณ 40 ปีแล้ว แต่ความท้าทายที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้ยังคงอยู่ทั้งในด้านวิศวกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาและการออกแบบอุปกรณ์”
“ในงานวิจัยนี้ เราสาธิตการอิเล็กโทรลิซิสน้ำทะเลโดยตรงแบบที่ยังไม่ผ่านการทำให้เป็นด่างหรือทำให้เป็นกรด และได้รับการกรองเพื่อกำจัดของแข็งและจุลินทรีย์เท่านั้น” นักวิจัยระบุ
ไฮโดรเจนถือเป็นสุดยอดเชื้อเพลิงและสารกักเก็บพลังงานที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษในอนาคต ในการผลิตไฮโดรเจน น้ำจะถูกแยกออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนโดยใช้ไฟฟ้าในกระบวนการที่เรียกว่า ‘อิเล็กโทรลิซิส’
จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ ระบุว่า ความต้องการไฮโดรเจนอยู่ที่ 94 ล้านตันในปี 2021 ซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 2.5 ของการใช้พลังงานทั่วโลก โดยจีนเป็นผู้บริโภคไฮโดรเจนรายใหญ่ที่สุดของโลกในปีนั้น ตามมาด้วยสหรัฐอเมริกาและตะวันออกกลาง
“เทคโนโลยีที่มีอยู่ต้องการน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยเฉพาะน้ำจืด เนื่องจากคุณภาพน้ำที่ไม่ดีอาจทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นพิษได้ ส่งผลให้อิเล็กโทรไลเซอร์สแต็กล้มเหลว” นักวิจัยระบุในรายงาน
แต่การใช้น้ำจืดจำนวนมหาศาลเพื่อผลิตไฮโดรเจนอาจทำให้ปัญหาการขาดแคลนน้ำเลวร้ายลง ดังนั้นพวกเขาจึงเปลี่ยนเป้าหมายไปที่มหาสมุทรซึ่งมีน้ำเกือบ 97 เปอร์เซ็นต์ของโลกและเป็นทรัพยากรที่แทบจะไม่มีที่สิ้นสุดแทน
“การแยกน้ำทะเลไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะมีคลอรีนไอออนที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพการอิเล็กโทรลิซิสและกัดกร่อนตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างรุนแรงได้ นอกจากนี้ น้ำทะเลยังมีไอออนประจุบวกที่ไม่ต้องการ เช่น ไอออนของแมกนีเซียมและแคลเซียม ซึ่งก่อตัวเป็นของแข็งขนาดใหญ่ที่ไม่ละลายน้ำและสามารถปิดกั้นขั้วไฟฟ้าได้” รายงานวิจัยระบุเพิ่มเติม
เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยกล่าวว่าพวกเขาำใส่ชั้นกรดบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อแยกน้ำและจับไอออนไฮดรอกซิลที่มีประจุลบจำนวนมากรอบๆ ตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่า ไฮดรอกซิลแอนไอออนซึ่งสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างรุนแรงที่ pH14 ทำให้การผลิตคลอรีนบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาถูกยับยั้ง และการก่อตัวของของแข็งก็ลดลงด้วยเช่นกัน
สำหรับการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัยใช้น้ำทะเลธรรมชาติที่รวบรวมจากพื้นผิวของทะเลเหลืองทางตะวันออกเฉียงเหนือของจีน และกรองเพื่อขจัดของแข็งและจุลินทรีย์ก่อนการทดสอบ
หลิง เทา นักวิจัยและศาสตราจารย์แห่ง School of Materials Science and Engineering มหาวิทยาลัยเทียนจิน กล่าวว่า “เทคโนโลยีใหม่นี้เข้ากันได้กับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีอยู่ซึ่งใช้น้ำจืดในปัจจุบัน” นอกจากนี้ เธอยังกล่าวด้วยว่า วิธีการนี้มีศักยภาพในการใช้งานกับน้ำประเภทอื่นๆ เช่น น้ำประปา น้ำจืดธรรมชาติ และน้ำปราศจากไอออน รวมถึงด้านอื่นๆ ของเคมี เช่น การเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง
เฉียวซื่อจาง ผู้เขียนงานวิจัยอีกคนหนึ่งและศาสตราจารย์แห่ง School of Chemical Engineering มหาวิทยาลัยแอดิเลด กล่าวว่า “วิธีการใหม่นี้มีศักยภาพที่จะใช้ในประเทศที่มีแนวชายฝั่งยาว เช่น ออสเตรเลียและจีน…งานของเราสนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจน ขั้นตอนต่อไปคือการมองหาพันธมิตรทางอุตสาหกรรมเพื่อนำเทคโนโลยีเข้าสู่ตลาด”
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเทียนจิน และมหาวิทยาลัยหนานไคในประเทศจีน ร่วมด้วยมหาวิทยาลัยแอดิเลดในออสเตรเลีย และมหาวิทยาลัยเคนต์สเตตในสหรัฐฯ ได้เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสาร Nature Energy ในวันอังคาร (31 ม.ค.)
“การอิเล็กโทรลิซิสในน้ำทะเลโดยตรงโดยไม่ใช้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์และสารเติมแต่งทางเคมีเป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างมาก และได้รับการตรวจสอบมาประมาณ 40 ปีแล้ว แต่ความท้าทายที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้ยังคงอยู่ทั้งในด้านวิศวกรรมตัวเร่งปฏิกิริยาและการออกแบบอุปกรณ์”
“ในงานวิจัยนี้ เราสาธิตการอิเล็กโทรลิซิสน้ำทะเลโดยตรงแบบที่ยังไม่ผ่านการทำให้เป็นด่างหรือทำให้เป็นกรด และได้รับการกรองเพื่อกำจัดของแข็งและจุลินทรีย์เท่านั้น” นักวิจัยระบุ
ไฮโดรเจนถือเป็นสุดยอดเชื้อเพลิงและสารกักเก็บพลังงานที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษในอนาคต ในการผลิตไฮโดรเจน น้ำจะถูกแยกออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจนโดยใช้ไฟฟ้าในกระบวนการที่เรียกว่า ‘อิเล็กโทรลิซิส’
จากข้อมูลของสำนักงานพลังงานระหว่างประเทศ ระบุว่า ความต้องการไฮโดรเจนอยู่ที่ 94 ล้านตันในปี 2021 ซึ่งคิดเป็นประมาณร้อยละ 2.5 ของการใช้พลังงานทั่วโลก โดยจีนเป็นผู้บริโภคไฮโดรเจนรายใหญ่ที่สุดของโลกในปีนั้น ตามมาด้วยสหรัฐอเมริกาและตะวันออกกลาง
“เทคโนโลยีที่มีอยู่ต้องการน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง โดยเฉพาะน้ำจืด เนื่องจากคุณภาพน้ำที่ไม่ดีอาจทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นพิษได้ ส่งผลให้อิเล็กโทรไลเซอร์สแต็กล้มเหลว” นักวิจัยระบุในรายงาน
แต่การใช้น้ำจืดจำนวนมหาศาลเพื่อผลิตไฮโดรเจนอาจทำให้ปัญหาการขาดแคลนน้ำเลวร้ายลง ดังนั้นพวกเขาจึงเปลี่ยนเป้าหมายไปที่มหาสมุทรซึ่งมีน้ำเกือบ 97 เปอร์เซ็นต์ของโลกและเป็นทรัพยากรที่แทบจะไม่มีที่สิ้นสุดแทน
“การแยกน้ำทะเลไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะมีคลอรีนไอออนที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งสามารถลดประสิทธิภาพการอิเล็กโทรลิซิสและกัดกร่อนตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างรุนแรงได้ นอกจากนี้ น้ำทะเลยังมีไอออนประจุบวกที่ไม่ต้องการ เช่น ไอออนของแมกนีเซียมและแคลเซียม ซึ่งก่อตัวเป็นของแข็งขนาดใหญ่ที่ไม่ละลายน้ำและสามารถปิดกั้นขั้วไฟฟ้าได้” รายงานวิจัยระบุเพิ่มเติม
เพื่อเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ ทีมวิจัยกล่าวว่าพวกเขาำใส่ชั้นกรดบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อแยกน้ำและจับไอออนไฮดรอกซิลที่มีประจุลบจำนวนมากรอบๆ ตัวเร่งปฏิกิริยา นอกจากนี้ พวกเขายังพบว่า ไฮดรอกซิลแอนไอออนซึ่งสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างรุนแรงที่ pH14 ทำให้การผลิตคลอรีนบนพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาถูกยับยั้ง และการก่อตัวของของแข็งก็ลดลงด้วยเช่นกัน
สำหรับการศึกษาครั้งนี้ นักวิจัยใช้น้ำทะเลธรรมชาติที่รวบรวมจากพื้นผิวของทะเลเหลืองทางตะวันออกเฉียงเหนือของจีน และกรองเพื่อขจัดของแข็งและจุลินทรีย์ก่อนการทดสอบ
หลิง เทา นักวิจัยและศาสตราจารย์แห่ง School of Materials Science and Engineering มหาวิทยาลัยเทียนจิน กล่าวว่า “เทคโนโลยีใหม่นี้เข้ากันได้กับอิเล็กโทรไลเซอร์ที่มีอยู่ซึ่งใช้น้ำจืดในปัจจุบัน” นอกจากนี้ เธอยังกล่าวด้วยว่า วิธีการนี้มีศักยภาพในการใช้งานกับน้ำประเภทอื่นๆ เช่น น้ำประปา น้ำจืดธรรมชาติ และน้ำปราศจากไอออน รวมถึงด้านอื่นๆ ของเคมี เช่น การเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง
เฉียวซื่อจาง ผู้เขียนงานวิจัยอีกคนหนึ่งและศาสตราจารย์แห่ง School of Chemical Engineering มหาวิทยาลัยแอดิเลด กล่าวว่า “วิธีการใหม่นี้มีศักยภาพที่จะใช้ในประเทศที่มีแนวชายฝั่งยาว เช่น ออสเตรเลียและจีน…งานของเราสนับสนุนการพัฒนาเศรษฐกิจไฮโดรเจน ขั้นตอนต่อไปคือการมองหาพันธมิตรทางอุตสาหกรรมเพื่อนำเทคโนโลยีเข้าสู่ตลาด”
