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

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

　　業(yè)內指出，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)保維度上展現出令人矚目的雙重效益，不失為一種具有潛力的大規模制氫解決方案。

　　實(shí)現可持續閉環(huán)制氫

　　鋁是一種儲量豐富且性質(zhì)穩定的材料，與水接觸時(shí)會(huì )發(fā)生簡(jiǎn)單化學(xué)反應，產(chǎn)生氫氣和熱量。不過(guò)，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(lèi)似屏障的氧化層薄膜，阻礙進(jìn)一步反應。

　　哈特團隊以此為突破口，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)生反應并釋放出純氫�？Х纫驇�來(lái)的提速則是意外之喜，哈特團隊在一次測試中偶然加入了咖啡渣，結果發(fā)現整個(gè)制氫流程顯著(zhù)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)院機械工程專(zhuān)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(chē)提供大量動(dòng)力�！�

　　不過(guò)，推動(dòng)“鋁—�！敝茪浼夹g(shù)規�；瘧�用并實(shí)現成本效益和可持續性，需要大量鎵—銦合金，這種合金相對昂貴且較為稀有�！拔覀儽仨氈铝τ谠诜磻�后回收這些合金�！卑⒗�.科姆巴吉坦言，“幸運的是，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)可持續的閉環(huán)循環(huán)流程。再加上咖啡渣，反應速度比單純海水快得多�！�

　　成本和環(huán)保均有優(yōu)勢

　　從環(huán)境角度來(lái)看，鋁—海制氫技術(shù)遠低于基于化石燃料的灰氫生產(chǎn)。根據哈特團隊計算，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(lái)看，該技術(shù)可以比肩綠氫生產(chǎn)，不僅無(wú)需高溫、高壓或復雜提純，能耗還顯著(zhù)低于電解水。哈特團隊指出，該技術(shù)生產(chǎn)成本僅9美元/千克，而且可以實(shí)現按需生產(chǎn)，減少不必要的浪費。

　　值得一提的是，該技術(shù)在制氫過(guò)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)，可廣泛應用于電子、能源、化工等多個(gè)領(lǐng)域，包括電子元件和半導體制造、鋰電池隔膜涂層材料等。顯然，這無(wú)形中又抵消了部分生產(chǎn)成本，還能進(jìn)一步創(chuàng )造經(jīng)濟價(jià)值。

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

　　此外，氫能經(jīng)濟效益仍然面臨挑戰。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。彭博新能源財經(jīng)指出，目前全球已宣布和計劃中的制氫項目近1600個(gè)，但只有12%制氫工廠(chǎng)簽訂了購氫協(xié)議。

　　“沒(méi)有哪個(gè)理智的項目開(kāi)發(fā)商會(huì )在沒(méi)有買(mǎi)家的情況下開(kāi)始生產(chǎn)氫氣，也沒(méi)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(mǎi)氫氣的情況下，向項目開(kāi)發(fā)商放貸�！迸聿┬履茉簇斀�(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。鋁—海制氫技術(shù)無(wú)需持續運輸氫氣就能為交通工具供能，這無(wú)疑為氫氣安全應用帶來(lái)了更多可能。

　　哈特團隊提出了系統方案，首先將預處理后的鋁粒運輸到加油站，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輸成本，還減少運輸揮發(fā)性氣體所帶來(lái)的風(fēng)險。1千克氫氣可驅動(dòng)車(chē)輛行駛60—100公里。

　　眼下，哈特團隊正在設計一個(gè)可裝載約40磅鋁粒的小型反應器，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(guò)吸入周?chē)�海水發(fā)生反應產(chǎn)生氫氣，可為小型水下滑翔機供能約30天。

　　阿里.科姆巴吉表示：“這對船舶、水下航行器等海事應用來(lái)說(shuō)非常有意義，因為海水隨處可得。同時(shí)，不必攜帶氫氣罐，只需運輸鋁作為‘燃料’，加入海水即可產(chǎn)生所需氫氣�！�

　　這種“即產(chǎn)即用”的獨特供能模式，使其在氫能應用方面擁有更多靈活應用前景。對海運領(lǐng)域而言，通過(guò)開(kāi)發(fā)工業(yè)級反應器探索萬(wàn)噸級制氫產(chǎn)能，可以為大型遠洋船舶提供一種可行的零排放動(dòng)力解決方案，助力海運業(yè)深度脫碳。對分布式供能而言，“鋁—�！敝茪浼夹g(shù)流程相對簡(jiǎn)單，設備尺寸可靈活調整，非常適合在沿海社區、島嶼、港口等地構建分布式制氫站點(diǎn)，實(shí)現氫氣就地生產(chǎn)與即時(shí)使用。

　　文 |本報記者王林