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极高效的光催化技术仅利用阳光就能将自来水转化为氢气

氢气用途广泛,但生产难度很大。(图片来源:YouTube/丰田德国公司)
氢气用途广泛,但生产难度很大。(图片来源:YouTube/丰田德国公司)
这种新方法生产的氢至少是原来的 15 倍。既不需要用电,也不需要用天然气,这意味着生产完全是可持续的。
Renewable Science

氢作为一种能源,是可持续经济的重要组成部分。通过燃料电池,不仅卡车、火车和汽车已经可以使用氢气。它还被用于钢铁生产、化学工业以及可再生能源的储存介质。

然而,其生产仍有改进的余地。无论如何,用天然气生产 H2 在未来都可能被排除在外,而电解法目前的成本却低廉得无与伦比。只要不能从可再生资源中获得大量电力,制氢的效率就会比直接使用或使用电池储存等方法低。

因此,俄勒冈州立大学研究小组采取的方法就显得更加优雅了.这种由金属和有机元素组成的框架结构具有纳米级孔隙,只需阳光直射,就能从普通水中提取纯氢。

效率飞跃

工作原理与太阳能电池类似,只是它产生的不是电,而是氢气。(图片来源:俄勒冈州立大学)
工作原理与太阳能电池类似,只是它产生的不是电,而是氢气。(图片来源:俄勒冈州立大学)

这种原理被称为光催化。仅通过吸收阳光中的光子来触发化学过程。基本技术已经为人所知。然而,以前使用锌、铟或钛的设计只能利用 0.3% 到 0.7% 的入射太阳能来产生氢气。

通过优化结构和使用非常稀有的过渡金属钌,效率可以提高到 10.0%,即提高 15 到 30 倍。虽然这一数值仍远低于商用太阳能电池的转换率,但氢气可以直接获得,无需绕道,因此也不会再有任何能量损失。

在实验中,每小时可获得 10,000 微摩尔氢气和 1 克水。虽然化学家和材料研究人员已经对此印象深刻,但这种转换可能会对其他人有所帮助。

水中所含的近 20% 的氢可在一小时内溶解掉。这意味着 50 升(13 美加仑)水足以在一小时内获得一公斤氢气。在使用普通动力水进行的测试中,这一比例略低。大约需要 60 升(16 加仑)水。

不超过 100 平方米(1,000 平方英尺)的面积就足够了。毕竟,一公斤氢气足以行驶近 100 公里(60 英里)或为房屋供暖数小时。

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Mario Petzold, 2024-08- 6 (Update: 2024-08- 6)