绿色氢气预计将在全球向清洁能源过渡的过程中发挥重要作用,但它对环境友好的生产需要大量的淡水。然而,科学家们设计了一种新颖的方法从稀薄的空气中合成绿色氢燃料,即使在最干燥的条件下。
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绿色氢概述
利用可再生电力将水分解为氧和氢合成的氢被称为“绿色氢”。可再生能源确保生产的氢气不排放碳。
绿色氢是低碳经济最有前途的清洁能源载体。它的燃烧不会产生任何温室气体排放。它也可以作为间歇能源的存储介质,如潮汐能、风能和太阳能。
这种燃料很容易运输,可以在任何地方燃烧,因为它的副产品会产生水。
电解生产绿色氢气
生产对环境友好的氢气是几个研究小组的重点。电解是大规模生产绿色氢的唯一可行方法。在这种方法中,水电解槽将淡水转化为氢气和氧气。
可再生能源为这些电解槽提供动力,使整个过程更加环保和持久。
光催化剂也用于太阳能水分解系统;它们吸收阳光,分解淡水,合成绿色氢气。
对淡水资源的压力
绿色制氢需要可再生能源和淡水。然而,淡水供应和可再生能源分布之间的地理不匹配为其生产提供了重大障碍。
在世界上的一些地区,获取淡水用于日常生活是一项挑战,更不用说用于电解了。因此,大规模生产绿色氢气可能会对稀缺的淡水资源造成压力。
有人曾尝试从咸水和半咸水中合成氢,以避开淡水的需求,但电解装置难以对抗污染和氯的副产物。
用于绿色制氢的直接空气电解槽
刚·凯文·李博士和他的同事们开发了一种新颖的原型空气电解槽它使用可再生电力从潮湿的空气中产生绿色氢气。
该样机可在4%相对湿度的干燥空气中工作,合成99%以上的纯绿色氢气。即使在陆地上淡水供应有限的地区,该装置也能实现无碳生产氢气。
在全球范围内,任何时候大气中都有大约13万亿吨的水。即使是非洲的干旱地区,如萨赫勒地区,平均相对湿度也只有20%。
为了捕捉这种湿度,该装置由一种海绵状物质组成,其中含有吸湿液体,可从空气中吸收水分。然后,水分子在电极上被分离成氢气和氧气。
电解槽由小型风力涡轮机和太阳能电池板提供动力。研究人员在炎热干燥的夏天对原型机进行了室内外测试。
在户外测试中,他们将五个电解槽并联在一起,在太阳的驱动下,产生745升氢2每天足够给一间房子供暖。该系统的太阳能转氢效率超过15%。
这些原型相对较小,但该团队希望在接下来的一年里开发出10平方米的单元。研究人员认为,这种装置可能对那些生产氢的液态水不容易获得的地区有益。
商业绿色空气制氢
沙漠布鲁姆氢该项目由Aqua Aerem领导,是一个商业规模的项目,利用空气合成可再生氢气,用于出口和国内市场。Aqua Aerem采用了一种独特的技术,即使在干旱的条件下也能捕获大气中的水进行电解。
该项目耗资107.5亿美元,到2027年将生产每公斤不到2美元的绿色氢气,全面运行后将出口约41万吨绿色氢气。
该项目的竞争优势在于它创造性地应用了成熟的技术,在不消耗淡水资源的情况下进行绿色氢气的商业生产,这降低了绿色氢气生产的启动和持续成本。
绿色氢气的未来
氢在工业部门已经使用了很长一段时间。自19th本世纪以来,氢气已被用于宇宙飞船、飞艇和燃料汽车。全球经济不可避免的脱碳将增加氢的重要性。
然而,绿色氢气仍然很昂贵,通过电解进行商业生产需要廉价的可再生能源。因此,降低绿色氢成本对于在交通和能源领域采用氢燃料至关重要。
要使绿色氢气在全球范围内具有经济可行性,需要技术进步、有利的氢气政策、健全的氢气基础设施以及政府的退税和补贴。
参考资料及进一步阅读
Aqua Aerem。(2022)。沙漠布鲁姆氢.(在线)。可以在:https://www.aqua-aerem.com/desert-bloom-hydrogen(2022年9月22日访问)。
郭,J。,,Y。,Zavabeti, A。,陈,K,郭,Y。,G。,风扇,X。,&李,G-K。(2022)。从空气中产生氢气。自然通讯.https://www.nature.com/articles/s41467-022-32652-y(2022年9月23日访问)。
Patel p(2022)。工程师从空气中制造绿色氢气.(在线)。IEEE频谱。可以在:https://spectrum.ieee.org/engineers-make-green-hydrogen-from-air(2022年9月22日访问)。
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