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：

一种高效制氢的新方法可消除爆炸风险和对稀土金属的需求

一种高效制氢的新方法可消除爆炸风险和对稀土金属的需求 瑞典的科学家们开发出了一种创新方法，可以更高效地产生氢能。这一工艺将水分离成氧气和氢气，消除了两种气体结合的危险可能性。这种新方法由位于斯德哥尔摩的 KTH 皇家理工学院开发，它与生产氢气的标准电解过程分离，后者通过电流分裂水分子。与现有系统不同的是，它能分别产生氧气和氢气，而不是同时在同一个电池中产生，因为在同一个电池中，氧气和氢气需要用膜屏障来分离KTH的博士生埃斯特班-托莱多（Esteban Toledo）与KTH应用物理学教授乔伊迪普-杜塔（Joydeep Dutta）共同撰写了今天发表在《科学进展》（Science Advances）上的论文。它还无需稀土金属。两位研究人员为该系统申请了专利，并通过 KTH Innovation 成立了一家名为 Caplyzer AB 的公司来推广这项技术。合著者之一、KTH 皇家理工学院博士生埃斯特班-托莱多（Esteban Toledo）在瑞典斯德哥尔摩使用解耦水分离原型。图片来源：David Callahan商业可行性和效率Dutta 说，氢气转化的法拉第效率达到 99%。研究人员还报告说，实验室测试表明，经过长期测试，电极没有明显退化，这对商业应用非常重要。从水中产生氢的同时总是会产生氧气。典型的碱性电解槽有一个正极和一个负极，正极和负极配对放在一个装有碱性水的槽内，中间有一个可渗透离子的屏障隔开。通电后，水在阴极发生反应，形成氢离子和带负电荷的氢氧根离子，这些离子通过屏障扩散到阳极产生氧气。但屏障会产生阻力，如果电荷波动，氧气和氢气混合爆炸的风险就会增加。托莱多说，对电解水的重新认识为更可靠的绿色能源生产方式奠定了基础，并将太阳能或风能等间歇性能源纳入其中。他说："由于我们没有混合气体的风险，我们可以在更大的输入功率范围内运行。这样就更容易与通常提供可变功率的可再生能源相结合"。用碳制成的超级电容电极取代其中一个电极，可以避免同时产生气体。这些电极交替储存和释放离子，有效地分离了氢气和氧气的产生。当电极带负电并产生氢气时，超级电容器会储存富含能量的氢氧（OH）离子。当电流方向改变时，超级电容器会释放吸收的氢氧根离子，并在现在的正极产生氧气。Dutta 说："一个电极同时完成氧气和氢气的进化。这很像充电电池产生氢气交替充电和放电，这都是为了完成电路"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

意大利科学家利用金属钌开发出高效生产绿色氢气的新系统

意大利科学家利用金属钌开发出高效生产绿色氢气的新系统 IIT和BeDimensional的研究人员使用钌的纳米颗粒作为电解槽阴极的活性相，从而提高了整个电解槽的效率。资料来源：IIT-意大利技术研究所这项技术是在联合实验室的活动范围内开发的，最近发表在两份高影响因子期刊（《自然通讯》和 《美国化学学会杂志》）上，其基础是新的电催化剂系列，可以降低工业规模绿色制氢的成本。氢被认为是一种可持续的能源载体，是化石燃料的替代品。但就对环境的影响而言，并非所有的氢都是一样的。事实上，目前生产氢气的主要方法是甲烷蒸汽转化，这是一种以化石燃料为基础的工艺，会释放出二氧化碳（CO2）作为副产品。这种工艺产生的氢分为"灰色"（二氧化碳被释放到大气中）和"蓝色"（二氧化碳被捕获并地质封存）两种。要想在 2050 年之前将排放量大幅降至零，就必须用更具环境可持续性的工艺来取代这些工艺，以提供"绿色"（即净零排放）氢气。"绿色"氢气的成本主要取决于将水分子分离成氢气和氧气的装置（电解槽）的能效。这一发现的联合小组的研究人员开发了一种新方法，在将电能（分裂水分子时利用的能量偏差）转化为产生的氢分子中储存的化学能方面，这种方法比目前已知的方法保证了更高的效率。研究小组提出了催化剂的概念，并使用了可再生能源，如太阳能电池板产生的电能。热那亚意大利技术研究所（IIT）和 BeDimensional S.p.A.（IIT 的衍生公司）组成的联合团队确定了新的解决方案。照片中Liberato Manna（IIT）、Francesco Bonaccorso（BeDimensional）、左勇（IIT）、Sebastiano Bellani（BeDimensional）、Marilena Zappia（BeDimensional）、Michele Ferri（IIT）。资料来源：IIT-意大利技术研究所"我们的研究表明，尽管初始投资略高于标准电解槽所需的投资，但仍有可能最大限度地提高成熟技术的效率。这是因为我们使用了钌这种贵金属"，热那亚国际理工学院纳米化学小组的左勇和 Michele Ferri 评论道。研究人员使用了钌纳米粒子，这种贵金属的化学性质与铂相似，但价格便宜得多。钌纳米粒子可作为电解槽阴极的活性相，从而提高整个电解槽的效率。"我们在工业重要条件下进行了电化学分析和测试，从而评估了我们材料的催化活性。此外，理论模拟使我们能够在分子水平上理解钌纳米粒子的催化行为；换句话说，理解其表面水分裂的机理，"来自 BeDimensional 的 Sebastiano Bellani 和 Marilena Zappia 解释说，他们参与了这一发现。"结合实验数据和其他工艺参数，我们进行了技术经济分析，结果表明，与最先进的电解槽相比，这项技术具有竞争力。"钌是一种贵金属，作为铂金提取的副产品，其产量很小（每年 30 吨，而铂金的年产量为 200 吨），但成本较低（每克 18.5 美元，而铂金的成本为 30 美元）。新技术每千瓦只需使用 40 毫克钌，这与质子交换膜电解器大量使用铂（每千瓦高达 1 克）和铱（每千瓦 1 至 2.5 克，铱的价格约为每克 150 美元）形成鲜明对比。通过使用钌，印度理工学院和 BeDimensional 公司的研究人员提高了碱性电解器的效率，这种技术因其坚固耐用而被使用了几十年。例如，1969 年将人类送上月球的阿波罗 11 号太空舱就采用了这种技术。新开发的用于碱性电解槽的钌基阴极系列非常高效，运行寿命长，因此能够降低绿色氢气的生产成本。研究人员总结说："未来，我们计划将这种技术和其他技术（如基于可持续二维材料的纳米结构催化剂）应用于以可再生能源（包括光伏电池板产生的电力）为动力的升级电解器中。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家提出搜寻暗物质的新方法

科学家提出搜寻暗物质的新方法 自暗物质被发现以来，科学家们一直未能探测到它，即使几十年来在世界各地部署了多个超灵敏粒子探测器实验也无济于事。现在，美国能源部（DOE）SLAC 国家加速器实验室的物理学家们提出了一种利用量子设备寻找暗物质的新方法。SLAC物理学家丽贝卡-利恩（Rebecca Leane）是这项新研究的作者之一，她认为大多数暗物质实验都在寻找银河系暗物质，这种暗物质会直接从太空发射到地球上，但另一种暗物质可能已经在地球周围徘徊了很多年。利恩说："暗物质进入地球后，会四处弹跳，最终被地球的引力场困住。随着时间的推移，这种热化暗物质的密度会比少数松散的星系粒子更高，这意味着它更有可能撞上探测器。不幸的是，热化暗物质的移动速度要比银河系暗物质慢得多，这意味着它传递的能量要比银河系暗物质少得多传统探测器可能无法看到。"有鉴于此，利恩和 SLAC 博士后研究员阿尼尔班-达斯找到了 SLAC 的科学家诺亚-库林斯基，他是一个新实验室的负责人，主要研究用量子传感器探测暗物质。库林斯基说，科学家通常认为这是因为冷却系统不完善或环境中存在热源。但他说，可能还有其他原因："如果我们实际上有一个完美的冷系统，而我们无法有效冷却它的原因是它不断受到暗物质的轰击呢？"达斯、库林斯基和利恩想知道，超导量子设备是否可以重新设计为热化暗物质探测器。根据他们的计算，激活量子传感器所需的最小能量足够低，约为千分之一电子伏特，因此它可以探测到低能量的银河系暗物质以及悬浮在地球周围的热化暗物质粒子。当然，这并不意味着暗物质是量子设备失灵的罪魁祸首只是说它是可能的，下一步就是要弄清楚他们能否以及如何将敏感的量子设备变成暗物质探测器。因此，有几件事需要考虑。首先，也许有更好的材料来制造这种装置。利恩说："我们一开始考虑的是铝，这只是因为铝可能是迄今为止用于探测器的特性最好的材料。但事实可能证明，对于我们正在研究的质量范围和我们想要使用的探测器类型，也许有更好的材料。"利恩说，还有一种可能性是，热化暗物质与量子设备的相互作用不会像银河系暗物质被怀疑与直接探测设备的相互作用那样。在这项研究中只是考虑了暗物质进入并直接弹开探测器的简单情况，但它还可以做很多其他事情。例如，其他粒子可能与暗物质相互作用，改变探测器中粒子的分布方式。"这就是在 SLAC 工作的好处之一。我们确实有相当多样化的小组在从事许多不同的科学研究，我觉得这个项目是 SLAC 研究的一个非常好的协同效应。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家开发出创新方法分离对清洁能源技术至关重要的镧系元素

科学家开发出创新方法分离对清洁能源技术至关重要的镧系元素 水溶性和油溶性有机分子能有效分离元素周期表中的镧系元素。资料来源：橡树岭国家实验室镧系元素与清洁能源被称为镧系元素的金属具有宝贵的特性，可用于电动汽车和风力涡轮机等清洁能源技术以及许多其他应用。这些元素包括几种关键材料。在自然界中，镧系元素经常混合在一起。工业界必须将它们分离出来，以利用它们各自的特性。但传统的分离方法耗时长、成本高，而且会产生废弃物。现在，科学家们已经开发出一种高效的新方法，可以根据具体情况选择特定的镧系元素。该技术结合了两种物质。一种物质喜水，可捕捉较轻的镧系元素；另一种物质喜油，可捕捉较重的镧系元素。分离技术的创新将一种亲油化合物和一种亲水化合物混合在一起，从化学混合物中提取特定的有价值元素，这在工业规模上是可行的。扩大规模后，该工艺可以使用更小的设备、更少的化学品和更少的废物。这将使新工艺比传统方法更高效、更环保。稀土材料加工取得突破为清洁能源技术制造纯稀土材料14 种镧系元素以及钇和钪最具挑战性和最昂贵的方面是将单个稀土元素相互分离。橡树岭国家实验室的科学家将两种有机物结合在一起：一种亲水，另一种亲油。这些有机物对不同的稀土元素有偏好。例如，一种与较轻的稀土元素相互作用强烈，而另一种则偏爱较重的稀土元素。科学家们用两种不同的液体油和水来测试这种技术。在水中，他们溶解了亲水性物质；在油中，他们加入了亲油性物质。他们发现，与之前使用的单物质方法相比，双物质方法有助于分离最轻和最重的稀土元素。他们使用各种方法研究这些有机化学物质和稀土元素如何相互作用。研究结果提供了有关该过程如何工作的宝贵信息，以及有关如何进一步改进分离系统的真知灼见。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

日本科学家发明一种新方法 大大降低了生产低氧钛的成本

日本科学家发明一种新方法 大大降低了生产低氧钛的成本 东京研究人员开发的一种新方法大大降低了生产低氧钛的成本，一旦钇污染问题得到解决，有望在工业领域得到更广泛的应用。钛是地壳中含量第九高的元素，但由于从钛矿石中提取氧气的成本较高，因此用纯钛制造的产品很少见。降低这些成本可以促使制造商在其产品中更广泛地利用钛的有益特性。现在，东京大学工业科学研究所的研究人员在最近发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上的一项研究中，开发出了一种程序，可以降低生产几乎完全不含氧的钛的成本。这种除氧方案可能有利于技术发展和环境的可持续发展。钛的特性与挑战钛是一种用途极为广泛的材料，因为它不仅通常能抵御化学损伤，而且坚固而轻巧。例如，与其他金属相比，钛的重量很轻，这就是为什么现代 iPhone 的基本框架由钛合金组成，尽管成本增加了。东京大学工业科学研究所的研究人员从高氧浓度的钛中有效地除去了氧气，这可能有助于降低这种用途广泛的金属的生产成本。资料来源：东京大学工业科学研究所遗憾的是，由于制备高纯度钛需要耗费大量能源和资源，因此生产超纯钛的成本远远高于生产钢（一种铁合金）和铝。开发一种廉价、简便的方法来制备超纯钛，并为工业和普通消费者的产品开发提供便利，正是研究人员要解决的问题。创新的除氧技术该研究的主要作者 Toru H. Okabe 解释说："工业大量生产铁和铝金属，但不生产钛金属，因为从矿石中去除氧气的成本很高。我们采用了一种基于稀土金属的创新技术，可以将钛中的氧去除到单位质量的 0.02%。"研究人员方案中的一个关键步骤是将熔融钛与金属钇和三氟化钇或类似物质进行反应。最终得到的是一种低成本、固态、脱氧的钛合金。反应后的钇可以回收再利用。研究人员工作的一大亮点是，即使是含有大量氧气的钛废料也可以用这种方法进行处理。"我们对协议的多功能性感到兴奋，"Toru H. Okabe 说。Okabe 说。"缺乏中间化合物和简单明了的程序将促进工业界的采用。"与目前相比，这项工作在更有效地利用高纯度钛方面迈出了重要一步。这项工作的局限性在于，脱氧后的钛含有钇，质量含量高达 1%；钇会影响钛合金的机械和化学特性。在解决了钇污染问题后，应用于工业制造将变得简单易行。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：