Kuidas aluselisest jäätmeveest vesinikku teha

Eesti helesinised laguunid, mis on täidetud söövitava aluselise jäätmeveega, võiksid vesinikutootmisel abiks olla.

Korea Materjaliteaduse Instituudi (KIMS) teadlased töötasid välja väärismetallivaba katalüsaatori aluselise reovee elektrolüüsiks, et puhast vesinikku toota.

Korealaste leiutis võiks Eestis kasuks tulla

Dr. Sung Mook Choi ja tema uurimisrühm Korea Materjaliteaduse Instituudi (KIMS) Energia- ja Keskkonnamaterjalide uurimiskeskusest on edukalt välja töötanud väga vastupidava väärismetallivaba vesiniku tootmise katalüsaatori, mida saab kasutada otsese elektrolüüsi süsteemis, mis kasutab tööstuslikku jäädet – aluselist ehk leeliselist vett (pH 14) – ja anioonivahetusmembraane (AEM). See läbimurre võimaldab puhta vesiniku tootmist, kasutades otse tööstusprotsessidest pärinevat aluselise reovee voogu. Teadlased testisid väljatöötatud katalüsaatorit 64 cm² suuruses tööstuslikus elektrolüüseris, kus see näitas kõrget vesinikutootmise efektiivsust ja vähem kui 5% jõudluse langust isegi pärast üle 2000 tundi järjestikust tööd. See tähendab, et lahendusel on suur potentsiaal saada reaalseks tootmisprotsessiks.

Skeem: Korea Institute of Materials Science (KIMS)

Kust tuleb söövitav aluseline vesi?

Aluselist jäätmevett tekib suurtes kogustes näiteks pooljuhtide tootmisel ja metallide söövitamise/puhastamise protsessides. Eesti tingimustes on tohutu aluselise jäätmevee allikaks põlevkivikatelde tuhk ehk tuhamäed – 270 hektaril asuvate settetiikide vee pH on 10 kuni 12,5. Suure töötlemiskulu ja võimaliku keskkonnaohu tõttu on selle taaskasutamine siiani olnud majanduslikult ebaefektiivne. Anioonivahetusmembraanil põhinevat vee elektrolüüsi (AEMWE) peetakse sobivaks meetodiks aluselise jäätmevee otseseks kasutamiseks ilma eraldi puhastuseta. Siiski on vees sisalduvad lisandid ja ioonid pikka aega takistanud elektrokeemilisi reaktsioone, vähendades oluliselt vesiniku tootmise efektiivsust.

Nikkel ja tseerium vesiniku tootmises

Uurimisrühm avastas, et nikli ja tseeriumoksiidi kontaktpinna sidumisenergia aluselises jäätmevees leiduvate lisandioonidega on nõrk. See avastus sai kinnitust koostöös professor Min Ho Seo uurimisrühmaga Pukyongi Riiklikust Ülikoolist, kasutades tihedusefektiivsuseteooria (DFT) arvutusi. Lisaks arendasid teadlased koos professor Jang Yong Lee meeskonnaga Konkuki Ülikoolist välja väga vastupidava anioonivahetusmembraani, mis säilitab jõudluse ka lisanditerikkas keskkonnas.

Selle arendusprotsessi käigus lõid teadlased heterostruktuurse väärismetallivaba katalüsaatori, mis põhineb nikklil ja tseeriumoksiidil. Seda katalüsaatorit saab otse rakendada vee elektrolüüsi süsteemides, mis kasutavad jäätmelist aluselist vett, ilma keerulise puhastuseta. Tulemuseks on tehnoloogiline läbimurre, mis mitte ainult ei vähenda vesiniku tootmise kulusid, vaid ka leevendab keskkonnareostust.

Reklaam Stiilsed kanepist jalanõud, seljakotid, arvutitaskud, sokid ja mütsid naistele ja meestele leiad siit!

Reklaam Stiilsed kanepist jalanõud, seljakotid, arvutitaskud, sokid ja mütsid naistele ja meestele leiad siit!

Tonni vesiniku tootmiseks on vaja 9 tonni väga puhast vett

Tavalised värskel veel põhinevad elektrolüüsi süsteemid vajavad ühe tonni vesiniku tootmiseks umbes 18 tonni toorvett, millest tuleb eraldada ligikaudu 9 tonni ülipuhast vett. Selle vee puhastamise maksumuseks hinnatakse umbes 2340 USA dollarit. Seevastu uurimisrühma väljatöötatud “otsese jäätmelise aluselise vee elektrolüüsitehnoloogia” võimaldab kasutada suures koguses jäätmevett ilma puhastuseta, vähendades vesiniku tootmise kulusid märkimisväärselt.

Uurimisrühm sünteesis nikkli- ja tseeriumoksiidil põhineva heterostruktuurse väärismetallivaba katalüsaatori kristallisatsiooni meetodil, mis võimaldab lihtsat tootmist lahustades korraga mitmeid aineid ja sadestades need üheaegselt. Lõplik katalüsaator saavutati kaheetapilise termotöötluse abil. See protsess lõi rohkesti hapnikuvabu kohti, parandades nii katalüütilist jõudlust kui ka vastupidavust. Hapnikupuudus hõlbustab elektronide liikumist, kiirendades vesiniku eraldumist, samal ajal kui tugevad koostoimed metalli ja ümbritsevate materjalide vahel parandavad katalüsaatori töökindlust ja efektiivsust.

Vesiniku saamine mereveest ilma seda magestamata

Selle saavutuse baasil töötab uurimisrühm edasi järgmise põlvkonna AEMWE tehnoloogia suunas, mis kasutab vesiniku saamise allikana merevett.

Dr. Sung Mook Choi, KIMSi juhtivteadur, sõnas: „Selle uuringu kaudu oleme näidanud, et tööstuslikku aluselist reovett saab tõhusalt taaskasutada vesiniku tootmiseks, vähendades märkimisväärselt tootmiskulusid ja minimeerides samal ajal reovee transpordil tekkivaid lekkeõnnetuste ohtu.” Ta lisas: „Elektrolüüsitehnoloogia, mis ei põhine mageveel, kogub tulevikus tõenäoliselt üha rohkem tähelepanu puhta vesiniku tootmise valdkonnas.”