盐水能帮助生产绿色氢气吗?

随着可再生能源发电成本的持续下降，通过水电解生产绿色氢气(H2)正成为全球能源系统脱碳的一种手段。由于电解用超纯净水的必要性和盐水的广泛可用性，开发直接盐水电解技术大规模生产绿色H的研究投入了大量的精力₂．本文将探讨从盐水中生产绿色氢气的可能性，这是一项具有挑战性的举措，可能有助于加速可持续发展。

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绿色氢及其对淡水资源的影响

绿色氢是一种可持续的能源载体，可以通过电解水直接生产，有可能取代化石燃料，达到碳中和。可再生能源被用来从水中生产氢气。因此，它的生产不含温室气体和碳捕获技术。

1公斤绿色氢气所储存的能量几乎是天然气的2.5倍。自19^th本世纪以来，这种气体已被用于汽车、飞艇和宇宙飞船的燃料电池。

在不久的将来，绿色氢气将取代化石燃料，为从汽车到建筑的几乎所有事物提供能源。然而，生产全球氢可能会对饮用水和许多工业过程中使用的淡水资源造成压力。

由于储量巨大，用可再生电力电解盐水生产绿色氢气现在被认为是可持续能源的一个有前途的竞争者。

腐蚀电极

有效的水分离依赖于催化电极，需要在基本条件下使用纯净水来防止变质。海水中含有有机物和氯化钠等溶解的盐，会腐蚀典型的催化剂，从而缩短系统的使用寿命。

通过海水电解的绿色氢燃料的工业制造一直受到昂贵的海水淡化和净化技术的阻碍，这些技术为高效的电解提供了大量的清洁去离子水。

努力使海水绿色制氢成为可能

涂层电极

斯坦福大学研究员戴宏杰和他的团队旨在找到一种技术由于海水含盐量高，防止海水腐蚀沉入水中的阳极。他们发现在阳极上涂上丰富的负电荷层可以减少底层金属的分解。

他们使用铁、氢氧化镍和硫化镍来制造一种带负电荷的涂层，在电解过程中保护阳极。因此，他们可以通过多层装置产生十倍多的电力，加速从盐水中产生氢气。

用半透膜进行盐水电解

埃文·普和布鲁斯·洛根领导的研究人员成功裂解海水产生绿色氢气。

在这个过程中，海水淡化前的步骤是昂贵的。然而，该团队在反渗透处理中使用了一种薄的半透膜来过滤水，从而降低了成本。

反渗透膜取代了电解槽中典型的离子交换膜。反渗透的原理是对水施加很大的压力，迫使水通过膜，同时将氯离子留在膜内。

铂催化剂，防止离子重组

一个新型催化剂由陕西师范大学和斯威本大学转化原子材料中心的科学家共同创造，这种材料可以通过太阳能从海水中合成绿色氢气。

研究人员设计了Ocean-H₂-钻机原型使用这种新的催化剂。它可以从漂浮在水面上的盐水中制造绿色氢气。

在典型的光催化剂中，当电子和空穴在太阳光的响应下分离时，水会分裂成氢和氧。分离的电子和空穴有再次结合的倾向，大大降低了光催化活性和合成氢的效率。

光产生的电子被该工作中创建的单原子铂催化剂成功提取，防止了不必要的重组。它大大提高了制氢的效率。

这种可重复使用的催化剂是迄今为止报道过的效率最高的催化剂之一，因为它促进了高效的制氢，在LED-550照明下的量子产率高达22.2%。

通过正向渗透的盐水电解

哈佛大学研究人员成功地利用正向渗透将盐水分离成清洁的氢气和氧气。他们通过正向渗透和电化学水分裂产生氢气，这对储存可再生能源很有用。

研究人员加强了渗透的自然机制，以便从海洋等自然来源收集清洁的水。不需要单独的水净化系统，因为这种技术可以使用盐水。

临终平台提供了机会

海上风力发电的持续快速扩张，加上即将报废的油气基础设施，为海上绿色氢气项目提供了前景。

现有的天然气基础设施可以利用来自海上太阳能和风力发电场的可再生电力在海上生产大量的绿色氢气。这将降低运输和生产成本，并避免电力网络的巨额支出，因为运输天然气比电力更便宜。

海水绿色制氢的未来

海水是一种丰富的天然资源;因此，通过电解生产绿色氢气可以在一定程度上帮助解决世界目前的能源危机。然而，海水对电极的腐蚀阻碍了绿色氢的大规模生产。

因此，迫切需要强大有效的电催化剂技术，以避免或承受氯离子腐蚀和电极上的沉淀形成。虽然海水电解的长期稳定性和选择性尚未达到，但已有大量的尝试。

继续阅读:绿色氢气能取代天然气吗?

参考资料及进一步阅读

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