科学家发现纳米颗粒催化剂 可更便宜且有效地从水中分离氢气

澳大利亚科学家声称，他们已经找到了一种更便宜，更有效的方法来分离水中的氢，方法是使用容易获得的铁和镍催化剂代替昂贵的稀有的钌，铂和铱催化剂，而后者受到当前大规模制氢厂的青睐，并且比前者贵了数千倍。



电解水制氢是生产成本相对较高的工艺路线，那为什么要选择电解水制氢且可以作为长期的发展思路？首先电解水制氢原料是水，水干净无污染，地球储备量丰富；第二，虽然目前电解水项目相比天然气和甲醇制氢成本较高，但是从长远角度考虑，如果利用无法进入电网的弃电，或者采用弃风、弃光进行发电，这将很大程度降低其生产成本，这是氢能行业在未来突破的主要方式，特别是可再生能源技术实现突破以后。对于LNG接收站，实际上存在大量优质能源LNG冷能一直处于浪费的现状。



在《自然通讯》上发表的一篇论文中，研究小组说，他们已经成功地用一种“具有镍铁氧化物界面的JANUS纳米颗粒催化剂”取代了碳催化剂上的昂贵铂，并且所得到的电路能够以我们所知的方式将水分解，并且获得迄今为止最高的能源效率83.7%。



新南威尔士大学化学学院的赵川教授说：“我们所做的就是在电极上涂上催化剂，以降低能耗。在这种催化剂上有一个微小的纳米级界面，铁和镍在原子水平上相遇，成为分解水的活性部位。在这里，氢气和氧气分离出来，作为燃料被捕获，氧气可以作为一种环境友好的废物被释放出来。“



研究人员表示，纳米级界面从根本上改变了这些材料的性能。测试结果表明，镍铁催化剂的活性与生成氢气的铂催化剂一样。另一个好处是我们的镍铁电极可以催化氢和氧的产生，因此，我们可以通过使用地球富含的元素来降低生产成本。



在未来世界能源发展舞台中，氢能将承担着举足轻重的地位，作为能源载体和能源互联媒介具有零碳、高效显著优势，若氢能实现广泛应用将会促进全球能源转型升级。地球上氢元素储量排第三，氢气可通过水制备得到，燃烧后仅生成水，既无污染又实现产业链的闭环。更重要一点，氢气热值（142kJ/kg）是常见燃料中最高的，约是石油的3倍、煤炭的4.5倍。正是这一系列优点，氢能被认为是绿色能源的终极解决方案。



在国家“煤改气”政策的影响下，天然气正处于黄金高速发展期，为解决国内天然气缺口问题，LNG接收站迎来高峰期，其建设数量和存储规模快速增长。目前氢能产业链发展与LNG非常相似，两者皆属低温流体和易燃易爆物质（火灾危险性均为甲类），因此笔者认为可以通过目前LNG接收站完整的生产体系，利用LNG物性特点，以LN接收站（流程图如图1所示）为依托实现氢能产业的发展。这其中将涉及到制冷液化、制氢、冷能利用、液氢全容性储罐（FCCR）等技术研发。本文从氢气的制备、液化、运输等多个方面对LNG接收站和氢气产业链联合发展进行分析，为今后液氢接收站和氢能产业发展提供可靠的技术思路。