美国顶尖大学在降低氢燃料成本的研究上取得了突破性的进展

近日，世界顶尖的公立研究型大学——美国北卡罗来纳州立大学传来消息，研究人员开发了一种从液体载体中提取氢气的新技术，该技术比以前的方法更快、更便宜、更节能。

“氢被广泛视为一种可持续的交通能源，但在将其视为现有技术的实用替代品之前，需要克服一些技术障碍，”《关于新能源》的论文的通讯作者米拉德·阿博哈萨尼(Milad Abolhasani), 北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程副教授说。“采用氢经济的一大障碍是储存和运输成本。”

氢燃料不会导致二氧化碳排放。加氢站可以位于现有的加油站，利用现有的基础设施。但是运输氢气是危险的，所以氢气需要通过液体载体进行运输。该策略的一个主要障碍是在目的地（例如加油站）的液体载体中提取氢气，因为这是一个昂贵的过程。

“以前的研究表明，可以使用光催化剂和阳光从液体载体中释放氢气，”阿博哈萨尼说。 “然而，现有的技术既费力又费时，而且需要大量的铑——一种非常昂贵的金属。”

“我们开发了一种技术，该技术应用可重复使用光催化剂和阳光，以更快地从液体载体中提取氢气，并使用更少的铑——使整个过程明显降低成本，”该论文的第一作者，也就是马勒克·亚伯拉罕(Malek Ibrahim)的教授说。他是前北卡罗来纳州立大学博士后研究员。 “更重要的是，唯一的副产品是氢气和液体载体本身，可以重复使用，非常可持续。”

新技术成功的一个关键是一个连续流动的反应器。反应器类似于一个装满沙子的薄而透明的管子。 “沙子”由微米级的二氧化钛颗粒组成，其中许多都涂有铑。氢液载体被泵入管的一端。镀铑颗粒排列在管的外部，阳光可以照射到那里。这些颗粒就是光反应催化剂，在阳光的作用下，与液体载体反应并释放出气态的氢气分子。

研究人员对系统进行了精确的设计，使得只有氧化钛的外层颗粒涂有铑，确保系统使用的铑不超过必要的量。

“在传统的间歇式反应器中，99%的光催化剂是氧化钛，1%是铑，”阿博哈萨尼说。 “在我们的连续循环反应器中，我们只需要使用0.025%的铑，这对最终成本有很大影响。要知道一克铑的成本超过500美元。”

在所设计的原型反应器中，研究人员能够在三个小时内实现99%的产出率——这意味着99%的氢分子从液体载体中释放出来。

“这比传统间歇式反应器快8倍，后者需要24小时才能达到99%的产出率，”亚伯拉罕说。 “并且该系统应该易于扩展规模，以允许催化剂在商业规模上重复使用——您可以简单地使管更长或合并多个并行运行的管。”

在其效率降低之前，循环系统可以连续运行长达72小时。此时，催化剂可以在不从反应器中取出的情况下“再生”——这是一个简单的清洁过程，大约需要六个小时。然后系统可以重新启动并以全效率继续运行另一个72小时。

北卡罗来纳州已为该技术申请了临时专利。