工程师从空气中直接制造绿色氢气

工程师从空气中直接制造绿色氢气 电解槽可以在干旱地区生产氢气 制造氢燃料最可持续的方法是用可再生电力分解水，但这需要获得淡水。现在，研究人员报告了一种从空气中的湿度中制造氢燃料的方法。 他们的电解槽从空气中提取水分，并通过可再生电力电解将其分解以产生氢气。墨尔本大学化学工程的说，这是第一种从湿度低至4%的空气中生产高纯度（99%）氢的电解槽。这一成功可能开辟了在半干旱地区生产氢气的可能性，这些地区在一定程度上具有极高的太阳能和风能潜力。 研究者在空气电解槽的原型上连续进行了12天的测试，结果表明，平均每平方米电解槽每天可生产近750升氢气。李刚团队在《》杂志上报道了这些细节。 氢提供了清洁、无排放能源的前景，由于资金的增加和技术的改进，氢经济在过去几年中积聚了蒸汽。但今天世界上大部分的氢仍然是由天然气或煤炭生产的。由于需要大规模的电解槽，电解产生的绿色氢仍然是一项新兴技术。……

而一项新的研究消除了制造绿色氢气的一大障碍

而一项新的研究消除了制造绿色氢气的一大障碍 荷兰拉德布德大学和埃因霍温理工大学的研究人员基安-德-克莱因（Kiane de Kleijne）今天在《自然-能源》（Nature Energy）杂志上发表的一篇论文指出，氢气的生产往往会导致大气中二氧化碳（CO2）的增加。这在一定程度上是因为部分氢气来自天然气生产。有一些更环保的制氢方法，比如利用太阳能或风能来驱动氢从水分子中分离出来的过程，但 De Kleijne 认为，在这种情况下，需要考虑创建这些设施的碳足迹。事实上，绿色能源在非洲或巴西等风力和阳光充足的地方最为有效，这也意味着在那里生产的氢气需要运往世界其他地方使用，这再次增加了其碳足迹。De Kliejne 说："如果以这种方式审视整个生命周期，绿色氢气通常（但肯定不总是）会带来二氧化碳减排。在使用风能而非太阳能的情况下，二氧化碳减排量通常更高。未来，随着更多的可再生能源被用于制造风力涡轮机、太阳能电池板和电解槽用钢等，这种情况将得到进一步改善。"在此之前，一种名为质子交换膜（PEM）的流行制氢工艺的新突破可能会有所帮助。质子交换膜是一种水电解工艺，能从水分子中分离出氢。除了为该工艺提供电力的碳成本之外，PEM 还被认为是一种绿色技术，因为它的唯一输出是氧气，而不是二氧化碳。但问题是，铱是唯一能在苛刻的酸性环境中承受水分子被剪切分离的元素之一。而铱是地球上最稀有的金属之一，很难找到，因此 PEM 设备很难大规模制造。西班牙光子科学研究所（ICFO）开展了一项新研究，下面的视频对此进行了详细介绍。 新型催化剂揭示了水在绿色制氢中的隐藏力量基本上，ICFO 的研究人员创造了一种由钴和钨等常见元素制成的阳极催化剂。但为了保护阳极免受电解过程中预计会发生的降解，他们采取了一种独特的方法，即用水浸渍钴钨氧化物水正是阳极催化剂的工作介质。该研究的第一作者拉尼特-拉姆（Ranit Ram）说："在项目开始时，我们就对水本身作为水电解中的潜在作用感到好奇。以前没有人以这种方式主动定制过这种水的界面"。结果是，在电解过程中，当新阳极因失去材料而降解时，水和氢氧化物这两种在电解过程中普遍存在的化合物就会汹涌而入，填补阳极留下的孔洞。这样就形成了一种水性屏蔽，防止阳极过快降解。 在使用 PEM 反应器进行的测试中，这种新材料表现出色。主要合著者 Lu Xia 博士说："我们将电流密度提高了五倍，达到了 1 A/cm2 - 这在该领域是一个非常具有挑战性的里程碑。但关键是，在如此高的密度下，我们还实现了超过 600 小时的稳定性。因此，我们达到了非铱催化剂的最高电流密度和最高稳定性。"研究人员承认，这种新型水浸渍合金的稳定性不如目前的阳极，但他们表示，这一发现可以弥补这一不足，因为它展示了一种不依赖稀缺金属的高效 PEM 方法。事实上，研究小组表示，该工艺甚至可以与其他材料一起使用，这一点非常可取，因为钴通常来自使用童工的矿山。研究参与者、ICFO 教授加西亚-德-阿尔奎尔（García de Arquer）说："钴虽然比铱更丰富，但考虑到它的来源，仍然是一种非常令人担忧的材料。这就是为什么我们正在研究基于锰、镍和许多其他材料的替代品。如有必要，我们将研究整个元素周期表。我们将探索和尝试我们在研究中报告的这种设计催化剂的新策略。"PEM 研究报告已发表在《科学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法

科学家开发出更便宜、更清洁、更环保的氨生产新方法 这幅图画展示了以锂为媒介将N2转化为氨的过程。图中是在电沉积锂（黑色瓷砖）上发生的一系列反应。在高压下，氮气（添加蓝色块）在锂上发生化学吸附，随后质子化（添加白色块）形成 NHx，最终生成氨气并回收锂。这一循环过程形成了产生氨的催化节奏。这项研究强调了压力和电位在控制固体电解质界面的结构和稳定性以实现氨合成方面的重要性。资料来源：Crystal Price 和 Joseph Gauthier，德克萨斯理工大学；Meenesh Singh，伊利诺伊大学芝加哥分校这一过程被称为锂介导的氨合成，它将氮气和乙醇等供氢流体与带电的锂电极结合在一起。氮原子不会在高温高压下分解氮气分子，而是粘附在锂上，然后与氢结合生成氨分子。该反应可在低温下进行，而且具有再生性，每生产一轮氨，就能恢复原来的材料。"有两个循环会发生。一个是氢源的再生，第二个是锂的再生，"UIC 化学工程副教授辛格说。"由于循环过程的存在，这一反应中充满了交响乐。我们所做的就是以一种更好的方式来理解这种交响乐，并尝试以一种非常有效的方式来调节它，这样我们就能产生共振，使其更快地进行。"辛格实验室在《ACS 应用材料与界面》（ ACS Applied Materials & Interfaces）杂志封面上发表的一篇论文介绍了这一工艺，这是辛格实验室在寻求更清洁的氨方面的最新创新。在此之前，他的研究小组开发出了利用阳光和废水合成这种化学物质的方法，并制造出了一种电气化铜网筛，减少了制造氨气所需的能量。他们的最新研究成果建立在一种并不新奇的反应之上。科学家们对它的了解已有近一个世纪。"基于锂的方法实际上可以在任何有机化学教科书中找到。这是众所周知的。"辛格说。"但是，让这种循环高效、有选择性地运行，从而达到经济上可行的目标，这是我们的贡献"。这些目标包括高能效和低成本。辛格表示，如果规模扩大，该工艺生产氨的成本约为每吨 450 美元，比以前的锂基方法和其他拟议的绿色方法便宜 60%。但是，选择性也很重要，因为许多使氨生产更清洁的尝试最终都产生了大量无用的氢气。辛格小组的研究成果是首批在选择性和能源使用方面达到能源部氨工业化生产标准的成果之一。辛格还表示，该工艺可以在模块化反应器中进行，通过太阳能电池板或其他可再生能源供电，并用空气和水为反应提供原料，可以使该工艺更加绿色环保。该工艺还有助于实现另一个能源目标将氢用作燃料。实现这一目标一直受制于运输高可燃性液体的困难。"产生氢气、运输氢气并将氢气输送到氢气泵站，然后将氢气输送到汽车，这非常危险，"辛格说。"氨可以作为氢的载体。它的运输成本很低，而且很安全，在目的地可以把氨转化回氢。"目前，科学家们正与通用氨公司（General Ammonia Co.UIC）的技术管理办公室已为该工艺申请了专利。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

韩国能源研究所发现新方法 可生产基于氨的清洁氢气

韩国能源研究所发现新方法 可生产基于氨的清洁氢气 科学家们推出了一种不使用化石燃料、利用氨生产清洁氢气的新技术，为氢动力汽车提供了一种生态友好型替代品，并有望应用于可持续能源和运输领域。图为第一个无碳氨分解反应器。图片来源：韩国能源研究院氨是氢和氮的化合物，其储氢密度是液化氢的 1.7 倍，作为最具成本效益的氢气运输方法，它正受到越来越多的关注。特别是，由于它在化肥等各个领域的应用已有 100 多年的历史，因此具备基础设施、处理和安全标准。它被认为是解决氢气储存和运输难题的最实用的解决方案。氨基无碳制氢技术的基本原理（上）。现有技术与 KIER 技术的比较（下图）。资料来源：韩国能源研究院清洁制氢工艺氨气仅由氢和氮组成，因此在分离氢气时不会排放碳。分解过程需要 600℃以上的热能，而目前使用的是化石燃料，因此会排放二氧化碳。因此，要生产清洁的氢气，即使在分解氨的过程中也必须使用无碳能源。通过利用分解反应中残留的少量氢气和氨气，研究人员能够在不使用化石燃料的情况下生产氢气。右起：研究人员 Jung Unho、Koo Kee Young、Park Youngha。资料来源：韩国能源研究院要从氨气中生成纯氢，需要使用钌（Ru）催化剂在 600℃以上的温度下分解氨气，然后通过变压吸附（PSA）技术提纯氢气。在采用这种方法时，会形成氮气和氢气的残余混合气体，并被重新用作氨分解反应器的加热元件。尽管如此，残余气体本身并不能提供足够的反应热，因此必须添加额外的热量。用创新解决方案克服挑战在现有技术中，由于使用天然气（LNG）或液化石油气（LPG）等化石燃料补充反应热不足，因此在燃烧过程中会排放二氧化碳。但是，利用这次开发的系统，通过提供氨而不是化石燃料，可以提供反应热，从源头上阻止二氧化碳的排放。利用所开发的系统，每小时可生产 5Nm3 （约 0.45 千克）纯度超过 99.97% 的高纯度氢气，这种氢气可提供给氢能电动汽车的燃料电池。此外，所生产的氢气的氮杂质浓度小于 300ppm，氨杂质浓度小于 0.1ppm。它符合氢燃料电动汽车的国际标准 ISO 14687。采用1000瓦级 PEMFC 的氨基制氢系统。资料来源：韩国能源研究院研究团队利用从氨中提取的氢气，展示了用于建筑物的 1 千瓦燃料电池系统，该系统在发电的同时不会排放二氧化碳，这是一个重要的里程碑。这项与斗山燃料电池动力事业部（Doosan Fuel Cell Power BU）合作进行的示范具有重要意义，因为它克服了二氧化碳排放问题，而这一直被认为是基于天然气（LNG）的燃料电池系统的缺点。它显示了使用清洁氢燃料电池发电的潜力。据首席研究员 Jung Unho 博士介绍，新开发的技术能够利用氨进行无碳制氢，填补了这一领域的空白，因此意义重大。该技术有望在使用清洁氢气的各个领域得到应用。他接着说："氨和燃料电池的结合为生态船提供了一种可行的动力选择。随着我们规模的扩大，我们还能在清洁氢动力领域产生重大影响"。同时，本研究得到了韩国南方电力有限公司（KOSPO）的支持。(KOSPO) 的支持下进行的。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国将控制全球一半氢电解槽产能

中国将控制全球一半氢电解槽产能 国际能源署发布的一份报告称，到2023年底，中国已经装置的低碳制氢电解槽产能将达到全球产能的一半。 据法新社报道，国际能源署星期五（9月22日）发布报告称，由于通货膨胀导致新项目放缓，但中国在电解槽部署方面处于领先地位，到2023年底将控制全球制氢电解槽产能的一半。 虽然起步较晚，但近年来中国电解槽装机产能大幅增长，预计将达到占全球产能一半的1.2吉瓦（12亿瓦）；而2020年中国电解槽产能仅占全球产能的10%。 电解槽是用于工业分离水分子中的氢和氧的设备，其可使用通过太阳能、风能或核能等可再生能源获得的电力。随着绿色能源转型的进行，电解槽正在取代传统的工业氢气生产方法。 国际能源署表示，只要所有已宣布的项目得到实施，到2030年低碳氢的产量将达到3800万吨。 但通货膨胀导致设备成本上升，国际能源署在报告中称，一些项目已将其初始成本估算上调了50%。这让国际能源署担心，全球范围内绿氢取代传统灰氢的速度太慢。 国际能源署指，低碳氢2022年在全球需求中的占比不到1%，意味着使用氢气造成了相当于9亿吨二氧化碳的排放。 国际能源署称，低碳氢的使用仍远未达到实现气候目标所需的水平。该机构同时呼吁加强国际合作、避免市场分裂。

科学家发现足够廉价的燃料电池催化剂关键成分

科学家发现足够廉价的燃料电池催化剂关键成分 然而，要在这些铁氮碳催化剂的耐久性和效率之间取得平衡却并非易事，因此这一过程充满了挑战。虽然他们已经成功地使催化剂具有持久性或高性能，但同时实现这两个属性仍然是一个巨大的障碍。布法罗大学领导的一项新研究可能会提供一种解决方案。在《自然-催化》杂志上，研究人员报告了如何在制造过程中加入氢气，从而制造出接近铂金性能的强效催化剂。前排中间的吴刚正在努力降低与生产气候友好型燃料电池相关的成本。图片来源：布法罗大学 Douglas Levere。这一进展表明，燃料电池技术在帮助汽车、卡车、火车、飞机和其他重型车辆实现无污染供电的潜力方面迈出了重要一步。"多年来，科学界一直在努力平衡这种权衡。我们可以制造出低成本的有效物质，但它们太容易降解。或者，我们可以制造出非常稳定的物质，但其性能却无法与铂相提并论。"这项研究的通讯作者、工程与应用科学学院化学与生物工程系教授吴刚博士说："通过这项工作，我们朝着解决这个问题迈出了一步。这项工作建立在吴领导的先前研究基础之上，该研究描述了铁-氮-碳催化剂，虽然这种催化剂经久耐用，但却难以加快燃料电池中的重要化学反应。新研究在一种名为热解的制造工艺中解决了这一局限性，该工艺涉及使用极高的温度来组合材料。在高温分解过程中，研究人员在高温舱中将四个氮原子与铁结合在一起。然后，他们将这种材料嵌入几层石墨烯中，石墨烯是一种坚韧、轻盈、柔韧的碳。通常，这一过程是在一个装有氩气等惰性气体的腔体内进行的。但这次，研究人员将氢气送入舱内，形成了 90% 的氩气和 10% 的氢气混合物。因此，研究人员能够更精确地控制催化剂的构成。具体来说，他们能够将两种不同的铁-氮-碳化合物（一种含有 10 个碳原子，另一种含有 12 个碳原子）置于有助于提高耐久性和效率的位置。由此产生的催化剂达到了燃料电池的初始性能，远远超过了能源部 2025 年的目标。事实证明，它比大多数铁氮碳催化剂更耐用，接近燃料电池使用的典型低铂阴极。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：