無須海水淡化或精製且低成本之直接製氫方法

 

刊登日期:2023/3/22
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澳洲阿德雷得大學(The University of Adelaide)設計了一項無須脫鹽淡水化、精製、鹼化等預處理過程,以天然海水做為原料即可進行直接電解,進而可低成本生產氫氣的方法。研究團隊採用了表面導入Cr2O3層的CoOx做為觸媒,並實際確認可以獲得與目前使用高價貴金屬觸媒電解高純度水的製氫製程相同之成果。

在燃料電池車或發電等領域,可望成為不排放二氧化碳之次世代能源而受矚目的氫氣是透過化石燃料的部分氧化、水蒸氣改質,或是透過水的電解進行製造。其中尤以使用可再生電力的水電解因其在生產過程中也不會排放二氧化碳,故可望成為最環保的製氫方法。

目前已達到實用化的水電解主要有2種,包括使用氫氧化鉀等強鹼性溶液的鹼性型水電解,以及使用純水的質子交換膜(PEM)型水電解,但仍須進行脫鹽淡水化、精製、去離子化或鹼化等水原料的預處理工程。此外,由於使用了高價的鉑、銥等貴金屬觸媒,以致於製造成本增加。

對此,阿德雷得大學即挑戰了無需預處理過程、不使用貴金屬觸媒,且直接利用地球上無限存在的海水進行製氫的手法開發。做為路易斯酸(Lewis acid;電子對受體),利用在可將捕獲氫氧離子並分解水分子、做為過渡金屬氧化物觸媒的CoOx表面導入Cr2O3層的觸媒,嘗試對海水進行電解後發現,能以大約100%的效率穩定生成氫氣與氧氣。

透過商用電解槽的實驗後確認,在60℃、1.87V電壓的條件下,可以達到工業級要求之1.0 Acm-2的電流密度。研究團隊表示,此結果與目前使用鉑/銥觸媒並以高度純化之去離子水為原料的製程結果相近。此外,亦已證實可以防止使用海水時電極腐蝕或有害沉澱等疑慮。今後阿德雷得大學將進一步推動使用大型電解槽以擴大系統規模的研究開發,期達到在燃料電池、氨合成製氫等用途之實用化。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/230221_green-hydrogen.html
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