澳洲製氫新技術:直接電解天然海水產出可燃氫

【2023年02月19日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)隨著全世界淨零碳排的風潮,清潔能源「氫氣」成為一項優先選擇。澳洲一所大學成功在不預先處理海水和使用貴金屬電極的情況下,直接電解海水生成可燃燒的氫氣,且過程沒有沉澱物產生。

澳洲最古老的大學之一阿德萊德大學(University of Adelaide)研究團隊發展出新技術,讓海水不需要脫鹽、淨化、鹼化和使用貴金屬的情況下,分解出可燃燒的「氫氣」。該團隊的研究成果在1月底被發表到《自然》科學雜誌上。

研究人員讓多氧化鈷(CoOx)附著在碳纖維上,使其成為海水的陽極和陰極,並測試多氧化鈷在鹼化海水(含1.0 M KOH)和的天然海水中表現,發現多氧化鈷在鹼化海水中擁有更高的電流密度,在1.81V電壓中,提供100 mA /cm2的電流密度。

另外,多氧化鈷在鹼化海水中的電流密度表現也比使用兩款貴金屬電極更佳。這兩款電極分別是「鎳鉬(NiMo)和含鐵的羥基氧化鎳(NiOOH)」、「鉑/碳(Pt/C)二氧化釕(RuO2)」。

不過科學家發現,多氧化鈷在鹼化海水電解100小時後,電流損失47%,而在無添加的天然海水中,使用50小時後電流密度會降至零。經研究發現,這種衰減來自於海水中的氯離子和沉澱物對電極的腐蝕。

為了降低多氧化鈷電流衰減,他們將多氧化鈷表面塗上一層三氧化鉻(Cr2O3)。結果顯示,這樣的電極能夠電解海水長達200小時以上,而且過程中電流幾乎不衰減。實驗中,他們並未將海水鹼化或酸化,只是過濾裡面的固體和微生物。

這種電極周圍會生成大量的氫氧根離子(羥基陰離子,OH -),從而抑制了海水中的氯離子(Cl-)附著和腐蝕電極。若只使用多氧化鈷,則會觀察到許多氯離子附著,從而腐蝕或氧化電極表面。

此外,氫氧根離子也會讓電極附近鹼性化,而氫氧根離子會與海水中的碳酸氫鹽(HCO3-)形成水和碳酸根離子(CO3 2-),進而防止海水過鹼,同時也避免了氫氧根離子與海水中的鎂離子和鈣離子等陽離子結合、形成氫氧化鎂和氫氧化鈣等沉澱物。

最終他們測試了這種電極大規模製造氫氣活動的穩定性。在大規模電解過程中,科學家並未對海水進行淨化、脫鹽和添加強鹼,發現能依照上面的實驗理論正常運行超過100小時,且產出的氧氣和氫氣純度高達90%左右,電解過程幾乎沒有氯氣和氫氧化物副產物。

科學家認為,這項結果相當有商業競爭力。阿德萊德大學喬世章(Shizhang Qiao)教授對阿德萊德大學新聞社表示,「我們在商用電解槽中使用非貴金屬且廉價的催化劑,將天然海水以近100%的效率分解成氧氣和氫氣。」

化學工程學院鄭遙(Yao Zheng)副教授接著表示,「若用我們的方法,就能在商業電解槽中分解海水,而分解海水產出的氫氣純度,接近於那些使用鉑/銥貴金屬電解水產出的氫氣純度。」

鄭副教授說:「現在正在尋找替代化石燃料的能源,對氫氣的需求增加。以前是利用淡水電解生成氫,但淡水資源是有限的。」對於靠近海岸的地區來說,海水幾乎是一種取之不竭的資源,同時又擁有大量天然的原料電解質。

他補充道,「過往脫鹽和去離子的傳統電解槽,都需要事先將不純水處理到一定純淨程度,但這些會增加運行和維護成本。現在我們則提供一種無需加鹼和預先處理就能直接利用海水的解決方案。」

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