Die begrenzte Verfügbarkeit von Süßwasserressourcen, die nur etwa 3,5 % des gesamten Wassers auf der Erde ausmachen, hat die Bedeutung der Nutzung reichlich vorhandenen Meerwassers für die Energierückgewinnung unterstrichen. Die Meerwasserentsalzung stellt eine praktikable Lösung dar, um der Knappheit der Trinkwasserressourcen entgegenzuwirken. Traditionelle Methoden wie Destillation und Membranbehandlung sind jedoch oft kostspielig.
Die Beschleunigung einer wasserstoffbasierten Energiewirtschaft ist entscheidend für die Erreichung von CO2-Neutralität und Spitzen-CO2-Emissionen. In Übereinstimmung damit betont der vom Staatsrat herausgegebene „Carbon Peak by 2030 Action Plan“ die Notwendigkeit, sich auf die kostengünstige Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien und technologische Innovationen zu konzentrieren. Es unterstreicht auch, wie wichtig es ist, Forschung, Entwicklung und Demonstrationsanwendungen der Wasserstofftechnologie in verschiedenen Sektoren wie Industrie, Transport und Bauwesen zu beschleunigen.
Meerwasser unterscheidet sich erheblich von Süßwasser, da es etwa 96,5 % des Wassers auf der Erde ausmacht und eine komplexe Mischung aus 92 Chemikalien und Elementen enthält. Der Salzgehalt des Meerwassers beträgt etwa 35 PSU (35‰), wobei Natrium-, Magnesium-, Kalzium-, Kalium-, Chlor- und Sulfationen über 99 % des gesamten Salzgehalts ausmachen. Die Wasserstoffproduktion aus Meerwasser ist aufgrund des Vorhandenseins zahlreicher Ionen, Mikroorganismen und Partikel mit Herausforderungen verbunden, was zu Problemen wie Konkurrenz bei Nebenreaktionen, Katalysatordeaktivierung und Membranverschmutzung führen kann.
Für die Wasserstoffproduktion aus Meerwasser wurden zwei unterschiedliche technologische Ansätze entwickelt: die direkte Produktion und die indirekte Produktion. Bei der direkten Produktion handelt es sich um eine Elektrolyse oder Photolyse von Wasser. Führende Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt, darunter die Chinesische Akademie der Wissenschaften, das französische Nationale Zentrum für wissenschaftliche Forschung, die japanische Tohoku University of Technology, die Beijing University of Chemical Technology, der India's Council of Scientific and Industrial Research und die University of Houston, sind aktiv an der direkten Beteiligung beteiligt Forschung zur Wasserstoffproduktion. Die indirekte Produktion hingegen kombiniert Meerwasserentsalzungstechnologien mit hydrolytischen Prozessen wie Elektrolyse, Photolyse und Pyrolyse.
Derzeit werden mehr als 90 % des weltweiten Wasserstoffs aus kohlenstoffbasierten Energiequellen wie Kohle und Erdgas hergestellt. Allerdings besteht angesichts der künftigen Auswirkungen der CO2-Neutralität und der Knappheit der Süßwasserressourcen ein wachsendes Interesse an der wasserbasierten Wasserstoffproduktion. Die „In-situ-Meerwasser-Direktelektrolyse-Wasserstoffproduktionstechnologie ohne Entsalzung“ ist von immenser theoretischer, technologischer und strategischer Bedeutung.
Im Juli dieses Jahres berichtete das Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering der Chinesischen Akademie der Wissenschaften über eine bahnbrechende Entwicklung bei der Herstellung von Wasserstoff aus Meerwasser durch Hochtemperatur-Elektrolyse unter Verwendung einer flachen röhrenförmigen Festoxid-Brennstoffzelle. Das Forschungsteam erreichte einen beeindruckenden Energieumwandlungswirkungsgrad von 72,47 %, ohne dass Edelmetallkatalysatoren erforderlich waren. Langzeitexperimente zeigten minimale Veränderungen in der Struktur, Zusammensetzung und Leistung der Zelle, während die elektrolytische Spannung deutlich niedriger blieb als die von Zellen mit Raumtemperatur.
Die Forscher führten eine Elektrolyse bei 750 Grad durch, indem sie Wasserstoff, der als Trägergas fungierte, durch die Festoxid-Elektrolysezelle leiteten, die verflüchtigtes Meerwasser aus den Küstengewässern der Stadt Ningbo enthielt. Durch das vorherige Erhitzen und Verdampfen des Meerwassers wurde verhindert, dass die meisten Verunreinigungen direkt mit dem Elektrolyseur in Kontakt kamen, wodurch das Risiko einer Beschädigung minimiert wurde.
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