澳大利亚研究人员利用尿液降低氢气成本

COE-CSI 首席研究员姚政教授表示，这种方法不仅使绿色氢气在经济上与化石燃料替代品具有竞争力，而且还为废水处理创造了一种优雅的解决方案。

虽然我们还没有解决所有问题，但如果这些系统能够扩大规模，我们的系统将产生无害的氮气，而不是有毒的硝酸盐和亚硝酸盐，而且这两个系统都将比水分解系统节省 20-27% 的电力，他说。

氢气通常是通过电解水分解成氧气和氢气来产生的。研究团队表示，该过程成本高昂且耗能，需要1.23 V的电压才能触发反应，而他们能够分解尿素。尿素作为氢载体，其热力学分解势垒低于水，仅为0.37 V。

在他们的第一项研究中，该团队采用了一种无膜电解系统，该系统由铜基催化剂驱动，以纯尿素为原料。该尿素是通过哈伯-博施氨合成工艺生产的。为了避免这种高能耗和高碳排放的工艺，他们设计了第二个系统，利用尿液中的尿素。

我们需要降低制氢成本，但要以碳中和的方式，郑教授说道。我们第一篇论文中的系统虽然采用了独特的无膜系统和新型铜基催化剂，但使用的却是纯尿素，而尿素是通过哈伯-博施氨合成工艺生产的，该工艺能耗高，会释放大量二氧化碳。

我们通过使用绿色尿素来源人类尿液解决了这个问题，这是我们第二篇论文中研究的系统的基础。

虽然尿液是一种很有前景的尿素来源，但它也存在自身的挑战。尿液中含有氯离子，会在电解过程中引发不必要的化学反应。这些反应会产生氯气，腐蚀系统的阳极，并影响其长期功能。

为了解决这个问题，研究人员的第二个系统采用了氯介导的氧化机制，利用碳负载的铂基催化剂改变反应途径。

研究人员表示，这种方法不仅可以保护阳极，还可以保持尿液高效产氢，并且基于铂的系统每立方米氢气的耗电量低至 4.05 千瓦时，优于传统的水电解(4.70-5.00 千瓦时)。

他们表示：这一突破的财务影响可能会改变绿色氢气的格局。并补充说，计算表明，通过他们的系统生产的氢气成本低于传统上从化石燃料中提取的灰色氢气。

研究人员表示：基于该系统的工业规模无膜电解器成功将氢气生产成本降低至每公斤 1.81 美元(2.79 美元)，低于灰氢的成本，也低于美国能源部 2030 年每公斤 2.00-2.50 美元(3.08-3.85 美元)的技术目标。

该团队目前正致力于构建完全无膜系统，既能回收绿色氢气，又能修复富氮废水。他们还承认，使用铂作为催化材料是不可持续的，并致力于开发非贵金属替代品。

该研究发表在 《德国应用化学国际版》 和 《自然通讯》上。

资讯来源：外媒