Китайские учёные разработали систему производства хлора без электричества из рассолов

Хлор является ключевым сырьём для современной промышленности, однако его производство до сих пор в основном основано на энергоёмком электролизе. Чтобы снизить энергопотребление, исследователи из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессных технологий (QIBEBT) и Технического института физики и химии Китайской академии наук разработали альтернативный метод получения хлора. Он использует осмотическую энергию, изначально содержащуюся в богатых хлоридами рассолах.

Схематическая иллюстрация традиционной хлорщелочной системы и спонтанной системы производства хлора. Автор: QIBEBT

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, учёные описали модульную систему, которая интегрирует восстановление соляной кислоты с генерацией хлора и водорода, устраняя необходимость во внешнем электрическом питании на электрохимической стадии.

Как работает новая система

Концепция основана на технологии диффузионных ячеек, уже используемой в промышленности для переработки отработанных кислот. Внутри каждого генераторного модуля поток богатой хлоридами отработанной кислоты направляется к протонселективной мембране.

Когда протоны диффундируют через мембрану, на противоположной стороне формируется поток пермеата, где собирается очищенная кислота. Для поддержания баланса заряда электроны движутся по внешней цепи, генерируя электрический выход, который питает последующие реакции.

Ключевым компонентом является сульфированная мембрана на основе ковалентно-органического каркаса (COF). Она обеспечивает быстрый транспорт протонов, блокируя многовалентные ионы металлов, что гарантирует чистоту восстановленной кислоты и снижает потери производительности из-за побочных реакций с металлами.

Для поддержания работы и регулирования транспорта хлоридов система использует обратимую редокс-пару Ag/AgCl с периодическим переключением электродов. В сконфигурированных стеках с графитовыми анодами и платиновыми катодами в качестве конечных электродов система запускает выделение хлора и водорода в отдельных отсеках.

Производительность и промышленный потенциал

Тесты с использованием имитации отработанной кислоты показали, что интегрированное устройство достигло скорости производства хлора и водорода примерно 150 л/м²·ч и стабильно работало не менее семи дней. Команда также продемонстрировала работоспособность системы с имитацией сточных вод опреснения и морской водой, хотя выходные уровни были ниже.

«Отработанные рассолы часто рассматриваются как обуза, — сказал Чжу Чэньгуан из QIBEBT, первый автор исследования. — Здесь мы показываем, что они могут служить одновременно и источником энергии, и сырьём, восстанавливая кислоту и производя два ценных газа».

«Отличие этой системы — её совместимость с существующими промышленными процессами, такими как диффузионный диализ, уже используемый для восстановления кислот во многих отраслях, — добавил профессор Гао Цзюнь из QIBEBT, ответственный автор исследования. — Это повышает масштабируемость технологии и простоту её интеграции в текущую инфраструктуру».

Исследователи отмечают, что тот же принцип осмотическо-электрохимического сопряжения может быть расширен за пределы производства хлора на другие реакции на основе рассолов, включая производство аммиака из нитратсодержащих рассолов, открывая новые возможности для низкоуглеродного химического производства.

Больше информации: Chenguang Zhu et al, Spontaneous chlorine production from chloride-containing brines, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-025-68181-7

Источник: Chinese Academy of Sciences