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用铁镍取代昂贵白金制氢催化剂,澳洲电解水能源效率更高达 83.7%

2024-11-02 205


近年来澳洲一直为了成为氢能出口国而努力着,希望能找出无排碳、不燃烧化学燃料的绿色制氢方法,最近澳洲科学家研究则略有所成,研发不需要昂贵催化剂的电解水制氢法,能源效率也高达 83.7%,有望降低新一代制氢法的成本。

氢能用途多样,除了能驱动氢燃料电池车,也可以用在供暖制冷与用电,而且氢的能量也比天然气更大,使用氢能也不会释出二氧化碳,不会有导致气候变迁的忧虑。只不过氢能还不算绿色也有其原因,纯氢气并不存在于自然界中,目前生产氢气最经济的方式是借由加热来进行天然气重整,仍需经高度加工制得、也会排放大量二氧化碳。

目前澳洲为了与日本携手合作,一同实现氢能社会蓝图,也正实施“褐煤制氢计划”,其中褐媒褐含水量、挥发分较高,比较容易进行液化或气化,于发电面来说效能不佳、也容易自燃,需要重金安排好运输与储存方法,但褐煤是个制氢好方法,气化后便可提炼出氢气,之后就能出口到日本与韩国。

不过褐煤制氢法也会产生大量二氧化碳,160 吨褐煤会生产 3 吨压缩液态氢,还会产生 100 吨的二氧化碳,澳洲现阶段则是透过 CCS(碳捕获和封存技术),将产生的二氧化碳牢牢封锁在地底中。

而制氢方法百百种,或许还有另一种不需要排放二氧化碳、效率也高的转化方法?其中澳洲新南威尔士大学(UNSW Sydney)研究的就是一例:利用太阳能和风能等进行电解水法。目前该团队声称,他们已经找到了一种更便宜、更有效的方法来分离水中的氢,根据团队发表在《Nature Communications》的研究,能源效率更高达 83.7%。

所谓的电解水制氢,即是将水电解分成氧气与氢气,在水中加入电极接上电源通电后,氧气就会聚集在阳极、氢气则会聚在阴极,原理与过程非常简单、成本也低,照理来说是个不错的法子,但通常电解水的产氢效率不高,还需要钌、白金和铱等超昂贵催化剂来加速,这就会大幅提高花费了。

对此,由 UNSW Sydney 化学教授 Chuan Zhao 带领的团队,决定用便宜的镍-铁氧化物将昂贵催化剂取而代之,Zhao 表示,镍铁氧化物催化剂存有微小的奈米级接面,能进一步活化铁与镍水分解,其中氢气会从氧气分解出来,并被当成燃料,与过去的水分解技术相比,所需能量较少。

团队实验指出,镍铁催化剂的活性与制氢效率都跟白金催化剂不相上下,除此之外,新型催化剂不仅对制氢技术有用,也能应用在制氧,因此团队不仅能用便宜的材料来降低成本,一种催化剂也能有两个用途。

  • New water-splitting process could kick-start “green" hydrogen economy
  • Scientists find cheaper way to make hydrogen energy out of water

(首图来源:Flickr/Zero Emission Resource Organisation CC BY 2.0)

2019-12-19 03:05:00

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