麻省理工學(xué)院提出一項(xiàng)新技術(shù)，旨在利用鋁和海水發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氫氣，且制氫成本也頗具競爭優(yōu)勢(shì)。

　　易拉罐、海水、咖啡渣，只需這3樣就能高效、可持續(xù)制氫，這是麻省理工學(xué)院一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)日前提出的一項(xiàng)新技術(shù)，相關(guān)研究一經(jīng)發(fā)布就引起熱議。據(jù)悉，麻省理工學(xué)院機(jī)械工程教授道格拉斯.哈特帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這項(xiàng)技術(shù)，旨在利用鋁和海水發(fā)生反應(yīng)生產(chǎn)氫氣，整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)更少排放，且制氫成本也頗具競爭優(yōu)勢(shì)，如果加入一定量的咖啡因還能使制氫流程提速。

　　業(yè)內(nèi)指出，該技術(shù)巧妙打通了“易拉罐回收”與“清潔制氫”之間的壁壘，在成本與環(huán)保維度上展現(xiàn)出令人矚目的雙重效益，不失為一種具有潛力的大規(guī)模制氫解決方案。

　　實(shí)現(xiàn)可持續(xù)閉環(huán)制氫

　　鋁是一種儲(chǔ)量豐富且性質(zhì)穩(wěn)定的材料，與水接觸時(shí)會(huì)發(fā)生簡單化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和熱量。不過，鋁與水混合產(chǎn)生氫氣的前提是鋁需要處于純凈、暴露的狀態(tài)，但現(xiàn)實(shí)情況是，鋁一旦接觸到氧氣即暴露在空氣中，表面就會(huì)立即形成一層類似屏障的氧化層薄膜，阻礙進(jìn)一步反應(yīng)。

　　哈特團(tuán)隊(duì)以此為突破口，找到一個(gè)打破氧化層的辦法，即利用鎵—銦合金去除氧化層使鋁呈純態(tài)，進(jìn)而與海水發(fā)生反應(yīng)并釋放出純氫?？Х纫驇淼奶崴賱t是意外之喜，哈特團(tuán)隊(duì)在一次測(cè)試中偶然加入了咖啡渣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個(gè)制氫流程顯著加快。最終研究顯示，只要加入一些低濃度咪唑即咖啡因中的一種活性成分，僅需5分鐘就可以實(shí)現(xiàn)與不加入低濃度咪唑2小時(shí)產(chǎn)生的等量氫氣。

　　麻省理工學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)博士、該技術(shù)主要研究人員阿里.科姆巴吉表示：“使用鋁的主要優(yōu)勢(shì)之一是其單位體積的能量密度，只需少量鋁就有望為氫燃料汽車提供大量動(dòng)力?！?/p>

　　不過，推動(dòng)“鋁—?！敝茪浼夹g(shù)規(guī)模化應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)成本效益和可持續(xù)性，需要大量鎵—銦合金，這種合金相對(duì)昂貴且較為稀有?！拔覀儽仨氈铝τ谠诜磻?yīng)后回收這些合金。”阿里.科姆巴吉坦言，“幸運(yùn)的是，海水是一種廉價(jià)且易得的離子溶液。利用離子溶液吸附并回收鎵—銦合金，幫助其沉淀成可舀出并重新利用的形式，從而形成一個(gè)可持續(xù)的閉環(huán)循環(huán)流程。再加上咖啡渣，反應(yīng)速度比單純海水快得多?！?/p>

　　成本和環(huán)保均有優(yōu)勢(shì)

　　從環(huán)境角度來看，鋁—海制氫技術(shù)遠(yuǎn)低于基于化石燃料的灰氫生產(chǎn)。根據(jù)哈特團(tuán)隊(duì)計(jì)算，該技術(shù)每生產(chǎn)1千克氫氣僅排放1.45千克二氧化碳，而每生產(chǎn)1千克灰氫則會(huì)排放11千克二氧化碳，如果優(yōu)先使用再生鋁，碳足跡僅為原生鋁的5%。從成本角度來看，該技術(shù)可以比肩綠氫生產(chǎn)，不僅無需高溫、高壓或復(fù)雜提純，能耗還顯著低于電解水。哈特團(tuán)隊(duì)指出，該技術(shù)生產(chǎn)成本僅9美元/千克，而且可以實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)，減少不必要的浪費(fèi)。

　　值得一提的是，該技術(shù)在制氫過程中還能產(chǎn)生勃姆石，這是一種具有出色絕緣性能和耐熱性能的化學(xué)物質(zhì)，可廣泛應(yīng)用于電子、能源、化工等多個(gè)領(lǐng)域，包括電子元件和半導(dǎo)體制造、鋰電池隔膜涂層材料等。顯然，這無形中又抵消了部分生產(chǎn)成本，還能進(jìn)一步創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　截至目前，全球大部分氫氣產(chǎn)量仍來自灰氫，這帶來了不容小覷的排放量。油價(jià)網(wǎng)匯編數(shù)據(jù)顯示，全球氫氣生產(chǎn)每年產(chǎn)生9億噸二氧化碳排放，超過全球航空業(yè)約8億噸的排放量。

　　此外，氫能經(jīng)濟(jì)效益仍然面臨挑戰(zhàn)。利用可再生能源生產(chǎn)的綠氫成本，幾乎是天然氣生產(chǎn)的灰氫的4倍。彭博新能源財(cái)經(jīng)指出，目前全球已宣布和計(jì)劃中的制氫項(xiàng)目近1600個(gè)，但只有12%制氫工廠簽訂了購氫協(xié)議。

　　“沒有哪個(gè)理智的項(xiàng)目開發(fā)商會(huì)在沒有買家的情況下開始生產(chǎn)氫氣，也沒有哪個(gè)理智的銀行家會(huì)在不能合理確信有人會(huì)購買氫氣的情況下，向項(xiàng)目開發(fā)商放貸?！迸聿┬履茉簇?cái)經(jīng)分析師馬丁.滕格勒表示。

　　“即產(chǎn)即用”模式可期

　　氫氣極易燃燒，且在空氣中濃度達(dá)到一定比例時(shí)，會(huì)形成爆炸性混合氣體，因此其為交通工具供能存在一定風(fēng)險(xiǎn)。鋁—海制氫技術(shù)無需持續(xù)運(yùn)輸氫氣就能為交通工具供能，這無疑為氫氣安全應(yīng)用帶來了更多可能。

　　哈特團(tuán)隊(duì)提出了系統(tǒng)方案，首先將預(yù)處理后的鋁粒運(yùn)輸?shù)郊佑驼?，然后在加油站將鋁粒與海水混合，即可按需產(chǎn)生氫氣。這一方式不僅降低運(yùn)輸成本，還減少運(yùn)輸揮發(fā)性氣體所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。1千克氫氣可驅(qū)動(dòng)車輛行駛60—100公里。

　　眼下，哈特團(tuán)隊(duì)正在設(shè)計(jì)一個(gè)可裝載約40磅鋁粒的小型反應(yīng)器，可用于船舶或水下航行器。這些鋁粒主要由舊易拉罐和其他鋁制品回收制成，同時(shí)加入少量鎵—銦合金和咖啡因，通過吸入周圍海水發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，可為小型水下滑翔機(jī)供能約30天。

　　阿里.科姆巴吉表示：“這對(duì)船舶、水下航行器等海事應(yīng)用來說非常有意義，因?yàn)楹ＫS處可得。同時(shí)，不必?cái)y帶氫氣罐，只需運(yùn)輸鋁作為‘燃料’，加入海水即可產(chǎn)生所需氫氣。”

　　這種“即產(chǎn)即用”的獨(dú)特供能模式，使其在氫能應(yīng)用方面擁有更多靈活應(yīng)用前景。對(duì)海運(yùn)領(lǐng)域而言，通過開發(fā)工業(yè)級(jí)反應(yīng)器探索萬噸級(jí)制氫產(chǎn)能，可以為大型遠(yuǎn)洋船舶提供一種可行的零排放動(dòng)力解決方案，助力海運(yùn)業(yè)深度脫碳。對(duì)分布式供能而言，“鋁—海”制氫技術(shù)流程相對(duì)簡單，設(shè)備尺寸可靈活調(diào)整，非常適合在沿海社區(qū)、島嶼、港口等地構(gòu)建分布式制氫站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)氫氣就地生產(chǎn)與即時(shí)使用。

　　文 |本報(bào)記者王林