瑞士洛桑联邦理工学院发明空气制氢新技术，实现零排放高效转化

瑞士洛桑联邦理工学院发明空气制氢新技术，实现零排放高效转化

瑞士洛桑联邦技术研究所的化学研究团队最近发明了一种技术设备，可以从空气中收集水并生产氢。这是一种将半导体技术与新电极相结合的系统，使用太阳能来实现“空气氢的生产”，整个过程为零排放。尽管需要进一步提高关键材料和整体转换效率，但为闭环循环的“加工，存储，运输和使用”的全链开发提供了新的想法，以及氢能的有效转化。

原型是可扩展的，易于制造

由洛桑联邦技术研究所的光电纳米材料分子工程实验室的化学工程师兼首席研究员凯文·西沃拉（Kevin Sivora）领导的研究团队在国际期刊高级材料中发表了研究结果。创新在于发明新的气体扩散电极，该电极透明，多孔且易于进行，使太阳能技术可以将气态从空气转化为氢。

可以理解，原型的形状与叶子相似。底座由毡玻璃纤维的三维网格制成，并在其上涂了一层光填充的半导体材料。因此，与阳光不透明的传统电极层不同，这种“人造叶子”具有半导体技术和新电极的关键优势。透明度使其能够最大程度地接触阳光，并且孔隙率使其能够最大程度地与空气中的水接触。

西沃拉（Sivora）的研究团队建立了一个测试室，将“人造叶子”放在潮湿且丰富的阳光下，从空气和阳光中收集水以产生氢，这相当于以氢的形式存储阳光的能量。

Sivora指出，这种新的气体扩散电极使用光电化学电池（PEC）技术，该技术可以制造光电化学电池，该电池可直接存储能量，成为可以转换太阳能和能源存储的多路径光电化学设备。此外，半导体的界面液体连接在电解质中易于形成，并且可以广泛使用多晶和薄膜半导体材料，因此它具有简单生产过程和低价的特征。

目前，这种“人造叶子”是一个聪明且简单的系统，可扩展且易于准备，但在实际应用中仍然存在缺点，包括使用液体制造大型PEC设备的复杂性。

植物光合作用触发灵感

据了解，Sivora的研究团队受到植物光合作用的启发。在对可再生燃料的研究中，他发现使用PEC技术从液态水和阳光中产生氢是一种有希望的人造光合作用材料。

新加坡国立大学的Wang Lei教授指出，自然界的光合作用是万物生存的基石，人工光合作用的目的是将太阳能或其他可持续能量转换为具有更高能量密度的化学能量，并通过更简单的化学反应进行更高的能量。也就是说，人工光合作用的最终目标是直接利用太阳能将水和二氧化碳转化为液态燃料，同时确保成本经济。

作为回应，Sivora研究团队之一，研究报告的主要作者Marina Carreti说：“实际上，我们在开发原型方面面临许多挑战，包括需要为每个步骤开发新的计划，但是由于每个步骤相对简单且可扩展性，因此这项研究成就仍然指出了一个新的方向，以设计和制造更有效的艺术品照片成本，这是一个较低的成本。”

关键材料技术需要通过

但是，这种“空气氢生产”技术的当前转换效率仍然不确定，并且仍处于技术探索和经验积累的阶段。因此，尽管已经完成了原型设备和技术概念，但仍需要进一步的关键材料突破来具有促销价值和商业化。

据报道，原型只能稳定稳定约一个小时。 Sivora的研究团队致力于优化系统，包括改善纤维尺寸，改善孔径，测试半导体和膜材料。

但是即便如此，“空气氢生产”的概念仍然被视为绿色氢生产技术的重要里程碑，因为只要它足够阳光，并且湿度就足够了，就可以实现它。除了在空气，地下水，雨水和垃圾处理期间获得的气体水外，还可以使用。实际上，即使是中学生也可以在户外完成氢生产过程，而无需考虑成本和效率问题。当前的氢生产技术会消耗大量能源，因此，一种行业一直追求的一种更绿色，更有效的氢生产方法。就成本而言，只有生产成本低于“灰氢”，“蓝色氢”和“绿色氢”的生产成本，才能突出“空气氢生产”的商业价值。

《英国物理学会》杂志“物理世界”写了一篇文章，他说，一旦瑞士化学研究团队提出的“空气氢生产”技术将在商业上促进，它将在家庭供暖和汽车电源中发挥关键作用。

Sivora强调：“一个可持续的低碳社会需要转换可再生能源并将其作为工业染料和原材料的化学物质存储，我们的目标是寻求商业和经济竞争性的清洁能源生产方法。”