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近日，美國(guó)西北大學(xué)研究人員在《焦耳》雜志上發(fā)布了一項(xiàng)成果，他們利用可再生能源進(jìn)行氨到氫的轉(zhuǎn)化，用于固體酸電化學(xué)電池研制。這種方法更環(huán)保、更高效，是實(shí)現(xiàn)零污染、氫燃料經(jīng)濟(jì)的重要一步。
“氫燃料電池的弊端一直是缺乏用于輸送的基礎(chǔ)設(shè)施，且運(yùn)輸氫既困難又昂貴，但一個(gè)廣泛的氨水運(yùn)送系統(tǒng)已存在。”該研究第一作者Sossina M. Haile介紹，過(guò)去，利用氨制取純凈的氫仍存在若干技術(shù)障礙，不過(guò)他們研發(fā)出的電化學(xué)系統(tǒng)可把氨水轉(zhuǎn)化為隨時(shí)可用于燃料電池的潔凈氫。
他表示，這項(xiàng)工藝的工作溫度只需要250℃，比傳統(tǒng)方法的500至600℃低，且轉(zhuǎn)化過(guò)程高效，“這是緣于所有提供給裝置的電流都將全部直接用于生成氫，不會(huì)因?yàn)榧纳磻?yīng)造成任何丟失”。
這項(xiàng)新技術(shù)另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，由于制取出來(lái)的氫是純凈的，可以直接進(jìn)行加壓處理以便高密度儲(chǔ)存，因此只需增加電能即可。
研究人員介紹，為了完成這種轉(zhuǎn)化，他們建造了一個(gè)獨(dú)特的帶有質(zhì)子導(dǎo)電膜的電化學(xué)電池，并將其與氨分解催化劑結(jié)合起來(lái)。
“首先，氨與可將其分解為氮和氫的催化劑結(jié)合，此時(shí)氫立即被轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，然后質(zhì)子經(jīng)電力驅(qū)動(dòng)穿過(guò)電化學(xué)電池中的質(zhì)子傳導(dǎo)膜。通過(guò)不斷處理氫，這種反應(yīng)進(jìn)行得比原本更徹底。”Haile解釋道。
氫是一種清潔燃料，在燃料電池中消耗時(shí)，產(chǎn)生的副產(chǎn)品只有水，這與化石燃料形成鮮明對(duì)比，后者產(chǎn)生二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等導(dǎo)致氣候變化的溫室氣體。氫能作為零碳能源，正成為以清潔化、低碳化為主要特征的新一輪能源轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向。根據(jù)國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年，氫能將減少二氧化碳排放60億噸，在全球能源中所占比重有望達(dá)到18%。中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)測(cè)，2050年，氫能在中國(guó)能源體系中占比約10%。
然而，儲(chǔ)運(yùn)難是制約氫能發(fā)展的瓶頸之一。而氨比氫更容易液化，也更容易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。研究顯示，在同等條件、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，液氨在-33℃就能夠?qū)崿F(xiàn)液化運(yùn)輸，但如果直接運(yùn)輸液氫溫度則需要降至-253℃左右。同時(shí)，液氨儲(chǔ)氫中，體積儲(chǔ)氫密度相對(duì)液氫高1.7倍。
中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾表示，在能源革命大背景下，氨以質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度比和體積儲(chǔ)氫密度兩大優(yōu)勢(shì)，正在成為具有發(fā)展前景的氫運(yùn)輸載體。
不過(guò)，“氨作為一種氫運(yùn)輸載體，還處在研究階段?！敝袊?guó)氫能聯(lián)盟專家委員會(huì)委員何廣利告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，氨也是化學(xué)品，同樣具有危險(xiǎn)性，且氨—?dú)滢D(zhuǎn)換效率有待提高。在他看來(lái)，就目前而言，利用甲醇重整制氫或是直接利用液氫等方式具有較大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
