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2022-12-27 09:18
商业与经济

直接用海水电解燃起降低“绿氢”成本新希望

阿胡贾:中国研究人员提出的变通方法无需事先对海水进行淡化或净化,这可能是通往以合理成本制备绿氢的重要一步。
氢能源中国将提前实现“绿色”氢能目标,超过世界其他国家总和
安贾娜•阿胡贾

■长期以来,氢被视为未来的神奇燃料。它不会独自存在于自然界中,而是与其他元素结合,存在于水、甲烷等化合物中。作为可燃元素,氢被说成是一种潜在的清洁能源来源——氢在燃烧时生成水——可应用于供暖、工农业用途,以及难以实现电气化的长途运输。

获取氢的一种方式是电解,就是利用电流将水分解成氢和氧两种元素。如今,根据化学期刊《Chemistry World》上刊载的一篇报告,中国的研究人员声称,他们直接对海水进行分解,生成了氢,而无需事先对海水进行淡化或净化。

由于海水占到世界水资源的96%以上,这可能是通往以合理成本制备“绿氢”(即使用可再生能源来生产氢)的重要一步。“从化学的角度来讲,他们做到这一步是很有挑战性的,”亚历克斯•考恩(Alex Cowan)教授说道。他在英国利物浦大学(Liverpool University)研究可持续燃料,去年与人合著了一篇对海水直接电解法进行成本效益分析的报告。“这项技术触碰到了一个以前未被涉及的潜在细分市场。”

使用电解法对水进行分解是相对简单的,并且已经应用在一些能获得常规水供应的生产氢的设施中。这个过程发生在电解槽中,用电将氢与氧分离开,再抽走氢气。但如果是用海水,电解过程就会复杂得多,因为盐及其他杂质会破坏电解槽。

有一种解决方法是先对海水进行淡化和净化,但在某些环境下这会增加成本。还有一种做法是使用化学方法对电解槽的成分进行处理,以防止腐蚀,但这被认为是不现实的。

如今,深圳大学的谢和平与南京工业大学的邵宗平提出了一种变通方法。他们采用一种自透气防水膜,将电解槽与海水隔绝开。这层膜有点像一张滤网,只有纯净的水蒸气可以进入电解槽。随着水蒸气被吸入电解槽转化为氢气,就会不断从海水中产生更多的水蒸气来填补。他们近期在《自然》(Nature)期刊上报告称,这是一个自我维持的体系。

这些科学家在中国的深圳湾安装了一台原型装置,在133天里生成逾1亿升氢气,期间据称没有出现任何衰减。“连续运行超过3000小时,这在稳定性方面树立了一个新的标杆,”考恩说道。

一种潜在的应用是以海上风力为海水电解槽提供电力,将产生的氢气输送回陆地。位于英格兰北部海岸亨伯河(Humber)河口的Gigastack项目有着类似的想法:利用海上风力为电解槽送电,氢气被用于亨伯冶炼厂。

目前在全球能源市场约占2%的氢带着几分复兴的色彩,与核聚变研究领域类似,它也在经历一个“希望-炒作”的周期。后一种技术正在快速取得进展,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)近日宣布的消息证实了在能源产出方面达到了一个里程碑。

与核聚变不同的是,氢的商业化生产已经存在,主要使用化石燃料,例如从甲烷中提取。主要难点在于如何扩大规模、削减成本和减少碳足迹。例如,现有的电解槽为兆瓦规模,而不是吉瓦规模。英国的氢战略中寻求到2030年使低碳氢产量翻番达到10吉瓦,作为实现净零的一个中间步骤。

为使氢产业绿色化,其他一些地方正在进行战略性押注。美国去年出台“Hydrogen Shot”,力争十年内将绿氢的成本降低至每公斤1美元。欧盟的氢战略中包含一项十年计划,将建设交通网络和燃料供给站等氢能基础设施。欧盟还希望绿氢能取代天然气应用在钢铁生产等重污染工业。

最重要的一点或许是,生产绿氢所需的可再生能源的成本正在持续下降。把希望与炒作区别开来或许还需要十年时间,但就眼下来说,对未来使用氢能作为更清洁燃料的热情泛着一种健康的光晕。■


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氢能源中国将提前实现“绿色”氢能目标,超过世界其他国家总和
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直接用海水电解燃起降低“绿氢”成本新希望

阿胡贾:中国研究人员提出的变通方法无需事先对海水进行淡化或净化,这可能是通往以合理成本制备绿氢的重要一步。
安贾娜•阿胡贾

■长期以来,氢被视为未来的神奇燃料。它不会独自存在于自然界中,而是与其他元素结合,存在于水、甲烷等化合物中。作为可燃元素,氢被说成是一种潜在的清洁能源来源——氢在燃烧时生成水——可应用于供暖、工农业用途,以及难以实现电气化的长途运输。

获取氢的一种方式是电解,就是利用电流将水分解成氢和氧两种元素。如今,根据化学期刊《Chemistry World》上刊载的一篇报告,中国的研究人员声称,他们直接对海水进行分解,生成了氢,而无需事先对海水进行淡化或净化。

由于海水占到世界水资源的96%以上,这可能是通往以合理成本制备“绿氢”(即使用可再生能源来生产氢)的重要一步。“从化学的角度来讲,他们做到这一步是很有挑战性的,”亚历克斯•考恩(Alex Cowan)教授说道。他在英国利物浦大学(Liverpool University)研究可持续燃料,去年与人合著了一篇对海水直接电解法进行成本效益分析的报告。“这项技术触碰到了一个以前未被涉及的潜在细分市场。”

使用电解法对水进行分解是相对简单的,并且已经应用在一些能获得常规水供应的生产氢的设施中。这个过程发生在电解槽中,用电将氢与氧分离开,再抽走氢气。但如果是用海水,电解过程就会复杂得多,因为盐及其他杂质会破坏电解槽。

有一种解决方法是先对海水进行淡化和净化,但在某些环境下这会增加成本。还有一种做法是使用化学方法对电解槽的成分进行处理,以防止腐蚀,但这被认为是不现实的。

如今,深圳大学的谢和平与南京工业大学的邵宗平提出了一种变通方法。他们采用一种自透气防水膜,将电解槽与海水隔绝开。这层膜有点像一张滤网,只有纯净的水蒸气可以进入电解槽。随着水蒸气被吸入电解槽转化为氢气,就会不断从海水中产生更多的水蒸气来填补。他们近期在《自然》(Nature)期刊上报告称,这是一个自我维持的体系。

这些科学家在中国的深圳湾安装了一台原型装置,在133天里生成逾1亿升氢气,期间据称没有出现任何衰减。“连续运行超过3000小时,这在稳定性方面树立了一个新的标杆,”考恩说道。

一种潜在的应用是以海上风力为海水电解槽提供电力,将产生的氢气输送回陆地。位于英格兰北部海岸亨伯河(Humber)河口的Gigastack项目有着类似的想法:利用海上风力为电解槽送电,氢气被用于亨伯冶炼厂。

目前在全球能源市场约占2%的氢带着几分复兴的色彩,与核聚变研究领域类似,它也在经历一个“希望-炒作”的周期。后一种技术正在快速取得进展,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)近日宣布的消息证实了在能源产出方面达到了一个里程碑。

与核聚变不同的是,氢的商业化生产已经存在,主要使用化石燃料,例如从甲烷中提取。主要难点在于如何扩大规模、削减成本和减少碳足迹。例如,现有的电解槽为兆瓦规模,而不是吉瓦规模。英国的氢战略中寻求到2030年使低碳氢产量翻番达到10吉瓦,作为实现净零的一个中间步骤。

为使氢产业绿色化,其他一些地方正在进行战略性押注。美国去年出台“Hydrogen Shot”,力争十年内将绿氢的成本降低至每公斤1美元。欧盟的氢战略中包含一项十年计划,将建设交通网络和燃料供给站等氢能基础设施。欧盟还希望绿氢能取代天然气应用在钢铁生产等重污染工业。

最重要的一点或许是,生产绿氢所需的可再生能源的成本正在持续下降。把希望与炒作区别开来或许还需要十年时间,但就眼下来说,对未来使用氢能作为更清洁燃料的热情泛着一种健康的光晕。■


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