分解海水获取无尽“绿氢”

 

利用可再生能源分解水分子制成绿色氢气，可为重型车辆提供动力，并使炼钢等行业脱碳，而不会排放二氧化碳。但由于电解槽是为纯水设计的，扩大绿色氢气的生产规模可能会加剧全球淡水短缺。现在，3个研究小组报告了直接从海水中生产氢气的进展。未来，海水可能成为取之不尽的绿色氢气来源。

当前，几乎所有氢气都是通过分解甲烷、燃烧化石燃料制造而成，这两种方法都会释放二氧化碳。“绿氢”可以取代这种“脏氢”，但价格却翻了两番——每公斤约5美元。价格高昂的主要原因是电解槽成本很高，因为后者依赖于贵金属制成的催化剂。

美国能源部最近启动了一项为期10年的计划改进电解槽，并将绿色氢气的成本降至每公斤1美元。

如果成功，绿色氢气产量将飙升，但世界淡水供应可能会面临压力。使用电解法生产1公斤氢气需要约10公斤水。

根据国际可再生能源署的数据，将绿色氢气用于关键行业   ，每年可能需要大约250亿立方米淡水，相当于一个拥有6200万人口国家的年用水量。

而海水是取之不尽的，但分离海水仍面临挑战。

电解槽的构造很像电池，一对电极被电解质包围。阴极上的催化剂将水分子分解成氢离子和羟基离子。阴极上多余的电子将成对的氢离子合成氢气。

然而，当使用海水时，阳极产生的氧气会将盐水中的氯离子转化为具有高度腐蚀性的氯气，从而侵蚀电极和催化剂。这通常会导致电解槽在数小时内发生故障。

现在，3个研究小组报告了为阻止这种腐蚀作出的努力。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学   材料科学家   Nasir Mahmood领导的团队近日在Small报道称 ，在电极涂上硫酸盐和磷酸盐等带负电的化合物，可以排斥带负电的氯离子，从而防止氯气形成。

澳大利亚阿德莱德大学   纳米技术专家   乔世璋和同事则   对电解槽进行了改造，即使用只能渗透氢离子的膜。   这种设置在阳极而不是阴极分离水分子，抢走电子以释放氢离子。

离子通过膜迁移到阴极，在那里与电子结合生成氢气。他们近日在《自然-能源》报道称，该装置可在高水流下分解海水100小时而不被腐蚀。

中国南京工业大学   教授   邵宗平和同事采取第三种抵御氯化物的策略。他们   用膜包围电极，当电解槽将淡水转化为氢气和氧气时会产生压力，吸引更多水分子通过膜，以补充淡水供应。   他们日前在《自然》报告说，该装置运行了3200个小时而没有退化迹象。

过滤盐的膜类似于商业海水淡化厂用的膜。   这些膜可以足够高效地生产淡水，同时每公斤绿色氢气的成本仅增加0.01美元。

不过Mahmood表示，对于那些负担不起大规模资本项目的国家来说，海水淡化并不是一个很好的选择。耐腐蚀电极也可用于开发其他不纯净的水源，如废水和苦咸水等。

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