Apa produksi hidrogen dari air laut? Mengapa begitu banyak perhatian? Apa kesulitan teknisnya?

Mengapa keberhasilan uji coba produksi hidrogen melalui elektrolisis langsung air laut menarik begitu banyak perhatian? Seberapa sulitkah itu? Apa kesulitan teknis yang perlu diatasi untuk menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis air laut?

01

Produksi hidrogen dari air laut

Produksi hidrogen melalui elektrolisis air dianggap sebagai teknologi preparasi hidrogen ramah lingkungan yang sangat penting. Saat ini, teknologi elektrolisis air yang dikomersialkan menggunakan air tawar sebagai elektrolitnya. Seperti kita ketahui bersama, sumber daya air tawar global sangat terbatas, dengan penerapan pembangkit listrik tenaga air dalam skala besar untuk menghasilkan hidrogen, yang tentunya memperburuk kekurangan sumber daya air bersih. Sebaliknya, air laut kaya akan sumber daya, sehingga memunculkan gagasan “produksi hidrogen air laut”.

Berbeda dengan air tawar yang menyumbang 96,5 persen total volume air bumi, air laut memiliki komposisi kompleks yang melibatkan lebih dari 90 bahan kimia dan unsur. Sejumlah besar ion, mikroorganisme, dan partikel yang terkandung dalam air laut dapat menimbulkan masalah seperti persaingan reaksi samping, inaktivasi katalis, dan penyumbatan diafragma selama produksi hidrogen.

Untuk itu, teknologi produksi hidrogen yang menggunakan air laut sebagai bahan bakunya telah membentuk dua jalur berbeda. Pertama, produksi langsung hidrogen dari air laut, yaitu berdasarkan air laut alami, terutama dihasilkan melalui elektrolisis atau fotolisis. Kedua, produksi hidrogen tidak langsung dari air laut adalah untuk desalinasi dan menghilangkan kotoran dari air laut, desalinasi air laut untuk membentuk air tawar dengan kemurnian tinggi terlebih dahulu, dan kemudian menghasilkan hidrogen.

02

Dua keuntungan utama

Platform produksi hidrogen lepas pantai dapat digunakan sebagai penyimpanan energi jangka panjang atau lokasi produksi bahan kimia, sehingga energi ramah lingkungan dapat diintegrasikan secara erat dengan sistem produksi bahan kimia.

Platform produksi hidrogen lepas pantai dapat memecahkan masalah konsumsi listrik terbarukan Kelautan yang berjangkauan luas, dan penggunaan listrik terbarukan untuk menghasilkan hidrogen dan amonia hijau di lokasi dapat menjadi metode penerapan utama energi terbarukan Kelautan yang berjangkauan luas di dunia. masa depan.

03

Kesulitan teknis

Kesulitan teknis 1: Banyaknya pengotor dalam air laut mempengaruhi terjadinya evolusi hidrogen katoda

Dalam proses air elektrolitik, H2 diendapkan dari katoda, untuk reaksi evolusi hidrogen katoda, permasalahan yang paling menantang adalah terdapat berbagai kation terlarut dalam air laut alami, seperti Na+, Mg2+, Ca2+, dll, selain itu, ada berbagai bakteri, mikroorganisme dan partikel kecil.

Kotoran-kotoran ini akan menyumbat elektroda seiring dengan berlangsungnya elektrolisis air laut, kemudian meracuni atau mempercepat penuaan elektroda/katalis dalam sistem elektrolitik, sehingga mengakibatkan daya tahan yang buruk.

Kesulitan teknis 2: ion klorida menyebabkan korosi anodik dan mempengaruhi reaksi evolusi oksigen anodik

Pada proses elektrolisis air, O2 biasanya diendapkan dari anoda. Namun, keberadaan ion klorida (Cl-) dalam jumlah besar dalam air laut akan menyebabkan korosi serius pada bahan anoda, yang akan menyebabkan kerusakan elektroda dan tegangan tinggi, sehingga mengakhiri reaksi evolusi oksigen yang efisien. Selain itu, konsentrasi ion klorida yang tinggi juga akan terjadi pada reaksi oksidasi klor anoda, menempati situs aktif katalis, sehingga mengurangi efisiensi reaksi evolusi oksigen anoda.

Kesulitan teknis 3: Persaingan antara reaksi evolusi oksigen anodik dan reaksi klorinasi oksigen

Pada proses elektrolisis air laut, anoda akan mengalami dua reaksi yaitu: reaksi evolusi oksigen (OER) dan reaksi klorinasi oksigen (ClOR). Reaksi evolusi oksigen: 4OH-→O2+H2O+4e-; E0=1,23V (vs.RHE)

Reaksi oksidasi klorin: Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-; E0=1,71V (vs.RHE)

Terlihat bahwa E0 keduanya serupa, sehingga akan menghasilkan hubungan kompetitif yang sangat membatasi tegangan kerja elektroliser. Selain itu, baik reaksi ClOR maupun pembentukan hipoklorit merupakan reaksi dua elektron, dan reaksi Cl2OR lebih mudah dilakukan secara kinetik dibandingkan reaksi empat elektron OER, sehingga potensi berlebih OER biasanya terlihat lebih tinggi dibandingkan dengan Cl2OR.

04

Status penelitian

Saat ini produksi hidrogen dari air laut masih dalam tahap penelitian dan pengujian awal, serta masih menghadapi banyak tantangan, namun penelitian dan pengembangan produksi hidrogen dari elektrolisis air laut telah mengalami beberapa kemajuan. Pada tahun 2022, tim Akademisi Xie Heping membuat terobosan besar di bidang produksi hidrogen langsung dari air laut, dan secara inovatif menetapkan prinsip dan teknologi baru untuk produksi hidrogen langsung dari air laut tanpa desalinasi yang didorong oleh transisi fase dan migrasi. Ada banyak proyek percontohan produksi hidrogen air laut di dalam dan luar negeri, namun proyek tersebut masih merupakan proyek percontohan skala kecil, dan sebagian besar sedang dibangun atau diusulkan.

Meskipun produksi hidrogen melalui elektrolisis air laut masih memerlukan perjalanan panjang, mulai dari uji skala kecil dan uji coba hingga penerapan akhir di industri secara luas. Namun, kami percaya bahwa dalam jalur energi hidrogen yang bernilai triliunan, jika teknologi ini pada akhirnya diterapkan, hal itu akan meninggalkan tinta paling dalam di jalan "dekarbonisasi"!