“大规模生产清洁燃料”

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澳大利亚新南威尔士大学日前报道称，该大学的研究人员发明了一种价格低廉、能高效电解水的新电极，有望实现清洁燃料氢气的大规模生产。

该技术使用廉价且涂有特殊涂层的泡沫状材料，能够迅速释放电解水产生的氧气泡，从而提高制造效率。 相关论文发表在最近的英国《自然通讯》杂志上。

研究人员表示，该电极是迄今为止碱性电解质中氧气效率最高的电极。 以镍和铁为原料，价格低廉，容易制造，不需要像其他电解水技术那样使用贵重的稀有金属作为催化剂和电极材料。

在电解水的过程中，水被电流分解成氢和氧。 产氧电极效率低、价格高，需要消耗大量电力，是实现水电制氢工业化生产的主要技术难关之一。

研究人员使用市售的泡沫镍，用活性高的镍铁合金催化剂进行电镀，制成电极。 泡沫镍材料内部有许多微孔，直径约200微米，约是人类头发直径的两倍。 超薄的镍铁合金镀层中也有许多细孔，直径约为50纳米。

由于镀层和内部充满了微孔，新电极的表面积非常大，有利于电解中生成的氧的释放和散失。 氧气泡逸散不充分，是降低电极利用率的普遍问题。

研究人员表示，这将有助于进一步研究其原理，优化性能，早日实现低价制氢。 氢的燃烧产物是水，不产生二氧化碳和其他污染物，是清洁高效的能源，如果能用大规模廉价的钱制造，有助于满足世界日益增长的能源诉求，减少污染，抑制全球变暖。

【德国、利用太阳光电解水制氢的技术进展】

德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心( hzb )和荷兰代尔夫特理工大学)的研究人员共同组成的科研团队，成功开发了利用廉价太阳能制造电解水的方法，相关成果在最近出版的《自然通讯》杂志上发表。

科学家们开发的这个系统可以通过太阳光将水分解为氢和氧，将太阳能转换为氢能进行储存。 亥姆霍兹·柏林材料和能源中心太阳能燃料研究所主任罗尔·范德克罗教授说:“我们将两者的最佳点结合在了一起。 我们利用化学稳定性和金属氧化物的低廉价格，将其与优良但相当简单的薄膜硅太阳能电池组合，得到了廉价、非常稳定、高效的“水解氢”单元。 ”

光入射到这个具有比较简单的金属氧化物层的硅薄膜电池时，系统会产生电压。 金属氧化物层起到光阳极的作用，成为氧形成的场所。 通过石墨导电桥与太阳能电池单元连接。 因为接触电解液的只有金属氧化物层，所以太阳能电池单元的其他部分不会腐蚀。 白金线圈被用作阴极。 这是氢气形成的地方。 粗略的计算可以表明这项技术所具有的潜力。 根据德国每平方米约600瓦的太阳能计算，像100平方米这样的系统可以在1小时的日照下分离出3千瓦时作为氢储存的能量来生成。

为了进一步优化这一过程，科学家们的系统研究了不同的金属氧化物在光入射到电荷分离、水分解的过程中的作用。 德鲁克表示，钒酸铋的光阳极效率理论上最高可达9%。 通过使用廉价的磷酸钴催化剂，科学家们大大加速了光阳极上氧的生成。 研究中最大的挑战是钒酸铋层电荷的有效分离。 金属氧化物稳定廉价，但带电粒子迅速重新结合，分解水的过程有失效的趋势。 德克和同事通过研究发现，向钒酸铋层中添加钨原子很有用。 这些钨原子产生的内部电场可以很好地防止重组的发生。

系统中最重要的光阳极由添加钨原子的金属氧化物钒酸铋( bivo4)制成，用廉价的钴磷酸盐催化剂喷涂包埋。 为了实现这一点，科学家将含有铋、钒、钨的溶液喷射到热玻璃基板上，使溶剂蒸发。 通过多次喷雾不同浓度的溶液，得到了厚度约为300纳米的高效光敏金属氧化物层。 “钒酸铋经常工作的原因还不太清楚。 但是，发现被吸收的光子的80%以上被利用。 这是创纪录的金属氧化物，也是物理学的奇迹。 下一个课题是将这样的系统与平方米的大小成比例地扩展，以便能够生成越来越多的氢气。 ”

【新试剂有助于酶催化电解水制氢】

法国国家科学研究中心日前宣布，由该中心参加的研究小组在试管内发明了一种活化微生物体内酶的新试剂，该酶催化电解水制氢的过程，从而降低电解水制氢的价格。

该试剂由类似氢化酶活性中心的仿生材料和蛋白质组成，与不具有活性的氢化酶发生反应，将其仿生材料转移到氢化酶上，可以激活氢化酶的催化作用。

研究人员认为，这一成果有助于探索氢化酶的生物多样性，通过合成不同的氢化酶活性中心类似物来激活越来越多种类的酶，从而找到了可以用作水解水制氢的催化剂的最高效、稳定的酶。

氢是清洁的可再生能源，可以用电解水制造。 但是，电解水制氢需要用铂等稀有金属作为催化剂，这种贵金属的稀缺性制约了电解水制氢长时间的快速发展，使其价格不能居高不下。 另一方面，在生物界，微藻等微生物以体内存在的铁等普通金属离子组成的氢化酶为催化剂，通过电解水生成氢气，可以为自身的新陈代谢提供能量。 具有这种催化作用的氢化酶被认为是铂等贵金属催化剂的天然替代物。

【屋顶的太阳能发电系统很容易获得氢气能源】

太阳能光热利用已广为人知，在如何提高太阳能光热转换率的过程中，美国杜克大学的工作人员向太阳能制氢迈出了重要的一步。 杜克大学最近开发的是可以铺设在屋顶上的太阳能发电系统。

太阳能发电系统的购买率突出

杜克大学的工程师霍兹说，他在屋顶上安装了装有水和甲醇混合物的真空管，通过太阳的照射加热来产生氢气能量。 这个真空管的表层被铝和氧化铝涂层，一些真空管中还填充了起到催化剂作用的纳米粒子。 新技术在性能方面明显高于现有技术，被制造成氢能没有杂质。 产生的氢能可以储存，也可以提高燃料电池的能源，这更好地发挥了太阳能的用途。

霍兹以新系统、太阳能电解水制氢系统和光催化制氢系统的火用(在指定状态下赋予的能源中，有可能起到有用工作的部分)效率为对象。 结果表明，新技术的能效指数夏季为28.5%，冬季为18.5%，但以前流传的设备能效夏季为5%-15%，冬季为2.5%-5%。 太阳能电解水制氢系统将太阳能直接转换为电流，电能将水电解为氢和氧。 光催化系统的制氢过程类似霍兹系统，更简单，但现在似乎还不成熟。 这些系统产生的氢能随后被储存在不同的电池中，现在锂电池的储存性最好。

年在华盛顿举行的美国机械工程师学会可持续燃料电池会议上，霍兹称这篇论文被评为最佳论文。 获得加州大学伯克利分校的博士学位后，霍兹加入了杜克大学的教师队伍，在伯克利分校研究了这个新系统。 目前，霍兹正在杜克大学组织测试理论性能是否能实际实现的实验。 据悉，霍兹的比较将集中在7月和2月进行，以测试不同季节系统的性能。

夏天的发电很充裕

就像其他太阳能系统一样，这个混合动力装置的第一个过程是收集太阳能光热，之后就不同了。 从远处看，这个装置很像以前流传下来的太阳能光热收集器。 实际上，它是由铝和氧化铝涂层的一系列铜管组成的。 霍茨说:“这个装置吸收95%的太阳光，尽可能多地吸收太阳光是非常重要的。 为什么这么说呢，因为真空管的温度最终要达到200。 以前传来的太阳能收集器只能将热水从60度加热到70度。 ”温度上升，加入少量的催化剂，就会产生氢气，性能很高。 然后氢气可以转移到燃料电池上给建筑供电，或者压缩后储存在容器里以后再采用。

霍茨说:“进行价格分解后发现，混合型太阳能-甲烷系统是最便宜的处理方案，为了满足夏季的要求，其总安装成本为7900美元。 虽然这比以前流传下来的化石燃料驱动型发电装置要贵很多”。

据说价格和能源效率因地点而有很大差异，系统的价格和效率因设置地点而异。 在太阳能丰富地区的屋顶铺设该太阳能装置，原则上可以满足建筑物整体冬季的生活用电诉求，夏天产生的电力也有富余。 此时，业主可以考虑关闭制氢系统的一部分，或将多余的电力出售给电网。 “对边远地区来说，这是一个值得考虑的项目。 因为在边远地区可能很难得到以前传来的能源，或者成本很高。 ”霍兹说。 据悉，目前霍兹的研究得到瑞士国家科学基金会的支持，其他学校的教授也支持这一点。

以前就传来了利用太阳能制氢的技术

太阳能发电技术主要有光催化制氢系统、利用太阳能电解水制氢、利用太阳能热水学循环制氢、利用太阳能热解水制氢等方法。 各技术方面的要点不同，性能也不同。

光催化通过接受光来促进化学反应，利用可见光可以有效地将水分解为氢。 目前，氧化钛经常用作水分解为氢和氧过程中的光催化剂，但氧化钛只通过紫外线照射发挥催化作用，不能比较有效地利用太阳光中的可见光。 日本东京大学教授堂免一成等的研究者在最新一期的英国《自然》杂志上报告称，向混合了氮化镓和氧化锌的黄色粉末中添加助剂，得到的新光催化剂即使照射可见光也能促进水的分解反应。 实验还表明，可见光照射对污水的分解效率比传统方法高约10倍。

太阳能电解水制氢目前已得到广泛应用，是比较成熟的做法，但能耗大，常规用电制氢无法从能源利用中得到补偿。 所以，大规模电解水制氢只能在太阳能发电价格大幅下降之后实现。 热化学循环制氢:为了降低太阳能直接热解水制氢所需的高温，热化学循环制氢方法迅速发展。 也就是说，在水中加入一种或多种中间物，然后加热到低温，经过不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，中间物不消耗就可以循环利用。 用太阳能分解水制造氢气:将水或水蒸气加热到一定的温度，水中的氢气和氧气就可以分解。 该方法制氢效率高，但为了得到这样高的温度，需要高倍聚光器，通常不会用该方法制氢。

:杜建