武漢加油 共渡難關(guān)
武漢加油 共渡難關(guān)
作為清潔低碳、安全高效的燃料，氫將取代化石燃料成為人類未來的主要能源之一。2019年，“推動充電、加氫等設(shè)施建設(shè)”首次被寫入我國《政府工作報告》，燃料電池“元年”拉開序幕。此外，制氫、儲氫和運氫三大成本難題也有望在《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，以及即將出臺的國家級氫燃料電池汽車專項規(guī)劃中逐步得以解決。
從技術(shù)特點及發(fā)展趨勢看，純電動汽車更適用于城市、短途、乘用車等領(lǐng)域，而氫燃料電池汽車可能更適用于長途、大型、商用車等領(lǐng)域。目前，我國氫燃料電池汽車保有量超過6000輛，根據(jù)戰(zhàn)略目標(biāo)，2020年將達(dá)到10000輛，2030年有望增長到200萬輛。
隨著氫燃料電池汽車的推動發(fā)展，未來氫在船舶、無人機(jī)、數(shù)據(jù)中心等交通及儲能、電力領(lǐng)域?qū)⒂兄薮蟮膽?yīng)用潛能。而制氫成本的降低、效率的提升及低碳化將成為綠氫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的制氫方法中，通過化石燃料制取的氫占全球90%以上，需要消耗大量的能源，并排放二氧化碳加劇全球生態(tài)環(huán)境的惡化。太陽能制氫技術(shù)因低碳且成本下降潛力大而深受青睞，尤其是光解技術(shù)越過常用的電氫轉(zhuǎn)化技術(shù)，使得氫制備進(jìn)一步脫離了對二次能源的依賴。
目前，常用的太陽能制氫技術(shù)主要有電解、熱解和光解法。為了尋找經(jīng)濟(jì)、高效、實用的太陽能制氫方法，各國學(xué)者們都在積極探索。據(jù)報道，美國HyperSolar正在開發(fā)的一種具有成本效益和變革性的光解制氫系統(tǒng)，試圖通過光吸收材料、催化劑和系統(tǒng)工程的創(chuàng)新，以解決現(xiàn)有光電化學(xué)技術(shù)對耐久性的限制，進(jìn)而提升氫氣生產(chǎn)效率并降低系統(tǒng)成本。
前不久，澳大利亞幾所大學(xué)聯(lián)合發(fā)布了一項研究成果稱：可以采用鐵和鎳等低成本催化劑，它們不僅可以加速水中氫氧分離的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程，還能降低此過程所消耗的能量。迄今為止，人們普遍認(rèn)為“水分解”過程中的標(biāo)準(zhǔn)催化劑是貴金屬釕、鉑和銥，而這一發(fā)現(xiàn)證明了地球上現(xiàn)存豐富的鐵和鎳也可以取代此類貴金屬材料，無疑降低了制氫的原料成本。
近日，美國俄亥俄州立大學(xué)研究人員首次開發(fā)出了一種可有效吸收陽光的催化劑，并能將太陽能快速有效地轉(zhuǎn)化成為氫能。據(jù)稱，該催化劑來源于貴金屬銠，它可以從整個可見太陽光譜中吸收能量，并能充分利用太陽能并將其存儲為化學(xué)能以備后用，其對太陽能的利用效率更可比當(dāng)前提升50%左右。
該研究團(tuán)隊指出，新型催化劑可以使用來自太陽的光子并將其轉(zhuǎn)化為氫。光子是包含能量的太陽光基本粒子，該催化劑從太陽光譜中收集的能量，包括從前很難收集到的低能量的紅外光。該制備系統(tǒng)能夠使分子處于激發(fā)態(tài)，在該狀態(tài)下其吸收光子并能夠存儲兩個電子以產(chǎn)生氫，這一過程既快速又高效。
據(jù)介紹，將兩個電子存儲在源自兩個光子的單個分子中，一起使用以制得氫氣，至今仍是首例。此前，大多數(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為氫的試驗都集中在紫外線等陽光中較高能量波上，且依賴于由兩個或多個分子構(gòu)成的催化劑，這些分子在利用太陽能發(fā)電為燃料時交換能量（即電子），但在這一交換過程中會產(chǎn)生能量的損失，進(jìn)而降低整體利用效率。
在此次試驗中，該研究團(tuán)隊嘗試用一個分子（一種元素銠的形式）制造催化劑，這表示在交換過程中將損失更少的能量，并能夠從整個可見光譜中收集能量。研究人員使用LED將光照射到含有活性分子的酸性溶液上，氫氣隨之便產(chǎn)生了。通過進(jìn)一步試驗驗證，該系統(tǒng)在低能量的近紅外光下的效率比以前利用紫外線光子的單分子系統(tǒng)高出了25倍左右。
誠然，這一發(fā)現(xiàn)有助于全球加快向可再生能源的過渡，但因為該催化劑來源于貴金屬銠，其價格比較昂貴，目前并不便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，在該項研究成果切實落地之前，還有許多問題有待解決。據(jù)介紹，該研究團(tuán)隊接下來將努力嘗試改善該催化劑以增加其使用壽命，同時極力尋找更為便宜的可替代材料，以進(jìn)一步降低材料及系統(tǒng)成本，推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。
