用鐵鎳取代昂貴白金製氫催化劑,澳洲電解水能源效率更高達 83.7%

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 18 日 17:47 | 分類 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


近年來澳洲一直為了成為氫能出口國而努力著,希望能找出無排碳、不燃燒化學燃料的綠色製氫方法,最近澳洲科學家研究則略有所成,研發不需要昂貴催化劑的電解水製氫法,能源效率也高達 83.7%,有望降低新一代製氫法的成本。

氫能用途多樣,除了能驅動氫燃料電池車,也可以用在供暖製冷與用電,而且氫的能量也比天然氣更大,使用氫能也不會釋出二氧化碳,不會有導致氣候變遷的憂慮。只不過氫能還不算綠色也有其原因,純氫氣並不存在於自然界中,目前生產氫氣最經濟的方式是藉由加熱來進行天然氣重整,仍需經高度加工製得、也會排放大量二氧化碳。

目前澳洲為了與日本攜手合作,一同實現氫能社會藍圖,也正實施「褐煤製氫計畫」,其中褐媒褐含水量、揮發分較高,比較容易進行液化或氣化,於發電面來說效能不佳、也容易自燃,需要重金安排好運輸與儲存方法,但褐煤是個製氫好方法,氣化後便可提煉出氫氣,之後就能出口到日本與南韓。

不過褐煤製氫法也會產生大量二氧化碳,160 噸褐煤會生產 3 噸壓縮液態氫,還會產生 100 噸的二氧化碳,澳洲現階段則是透過 CCS(碳捕獲和封存技術),將產生的二氧化碳牢牢封鎖在地底中。

而製氫方法百百種,或許還有另一種不需要排放二氧化碳、效率也高的轉化方法?其中澳洲新南威爾斯大學(UNSW Sydney)研究的就是一例:利用太陽能和風能等進行電解水法。目前該團隊聲稱,他們已經找到了一種更便宜、更有效的方法來分離水中的氫,根據團隊發表在《Nature Communications》的研究,能源效率更高達 83.7%。

所謂的電解水製氫,即是將水電解分成氧氣與氫氣,在水中加入電極接上電源通電後,氧氣就會聚集在陽極、氫氣則會聚在陰極,原理與過程非常簡單、成本也低,照理來說是個不錯的法子,但通常電解水的產氫效率不高,還需要釕、白金和銥等超昂貴催化劑來加速,這就會大幅提高花費了。

對此,由 UNSW Sydney 化學教授 Chuan Zhao 帶領的團隊,決定用便宜的鎳-鐵氧化物將昂貴催化劑取而代之,Zhao 表示,鎳鐵氧化物催化劑存有微小的奈米級接面,能進一步加速水分解產生氫與氧的過程,與過去的水分解技術相比,所需能量較少。

團隊實驗指出,鎳鐵催化劑的活性與製氫效率都跟白金催化劑不相上下,除此之外,新型催化劑不僅對製氫技術有用,也能應用在製氧,因此團隊不僅能用便宜的材料來降低成本,一種催化劑也能有兩個用途。

(首圖來源:Flickr/Zero Emission Resource Organisation CC BY 2.0)