《自然評論清潔技術(shù)》最近的一篇評論首次提出擴大解耦水電解(DWE)技術(shù)以生產(chǎn)工業(yè)規(guī)模綠色氫氣的途徑。
溴化物/溴酸鹽解耦水電解過程。圖片來源：《自然評論：清潔技術(shù)》（2025）
氫氣是重要化學原料，通常由化石燃料生產(chǎn)，會產(chǎn)生大量二氧化碳。利用可再生能源電解水產(chǎn)生氧氣而非二氧化碳，是清潔替代方案。工業(yè)規(guī)模綠色氫氣生產(chǎn)是能源轉(zhuǎn)型終極目標之一，有望取代世界對化石燃料的依賴。
傳統(tǒng)電解法用膜隔開的兩個電極將水分解成氫氣和氧氣，存在成本高、易內(nèi)部氫氣泄漏、與間歇性太陽能和風能不兼容等問題。DWE通過在時間或空間上分離氫氣和氧氣產(chǎn)生克服這些問題，無需使用膜，而是使用能吸收和釋放離子的氧化還原材料產(chǎn)生氧氣或氫氣。
該評論回顧不同DWE方法，首次提出可行規(guī)模化生產(chǎn)途徑。作者包括以色列理工學院Avner Rothschild教授、格拉斯哥大學Mark D. Symes教授、丹麥技術(shù)大學Jens Oluf Jensen教授、弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所Tom Smolinka博士、H2Pro公司Rotem Arad和Gilad Yogev、以色列理工學院博士后研究員Guilin Ruan博士以及格拉斯哥大學博士生Fiona Todman等世界各地頂尖專家。
2013年，格拉斯哥大學馬克·西姆斯教授及其同事率先采用溶液相氧化還原介質(zhì)實現(xiàn)解耦電解原始實現(xiàn)，并積極嘗試將其商業(yè)化。2015年，Avner Rothschild教授與同事開創(chuàng)采用鎳基氧化還原電極的新技術(shù)，促成H2Pro公司于2019年成立。Jens Oluf Jensen教授和Tom Smolinka博士是電解槽技術(shù)專家，其研究為解決商用電解槽規(guī)�；a(chǎn)運行挑戰(zhàn)提供見解，為比較顛覆性解耦電解槽和無膜電解槽概念奠定基礎(chǔ)。Rotem Arad和Gilad Yogev為將概念轉(zhuǎn)化為大規(guī)模綠色制氫技術(shù)提供深刻見解。
這篇綜述首次詳細介紹DWE可行規(guī)�；呗浴嶒炇乙�(guī)模DWE實驗每天產(chǎn)氫不到一克，工業(yè)系統(tǒng)每天需產(chǎn)約一噸氫氣，產(chǎn)量是前者百萬倍。要滿足目前氫氣需求，約需一百萬臺全規(guī)模電解槽，傳統(tǒng)工業(yè)電解槽需穩(wěn)定電網(wǎng)供電，應(yīng)用范圍有限。
DWE獨特優(yōu)勢在于能通過氧化還原材料儲能，類似內(nèi)置電池的電解器，可緩沖可再生能源波動，與太陽能和風能系統(tǒng)高度兼容，為低成本、綠色可再生氫能生產(chǎn)提供關(guān)鍵途徑。
擴大綠色氫能生產(chǎn)規(guī)模影響巨大。目前氫能市場每年價值約2500億美元，一旦實現(xiàn)工業(yè)規(guī)�；A(yù)計十年內(nèi)綠色氫能市場規(guī)模將達5500億美元。
羅斯柴爾德教授預(yù)測，綠色氫能將占未來能源市場10%，大規(guī)模生產(chǎn)并以合理價格出售后，將取代工業(yè)、重型運輸?shù)阮I(lǐng)域大部分能源。傳統(tǒng)電解槽應(yīng)不斷發(fā)展適應(yīng)市場，DWE有望成為適應(yīng)環(huán)境變化的“物種”。
Symes教授解釋，解耦電解技術(shù)僅有約12年歷史，堿性電池和質(zhì)子交換膜電池等傳統(tǒng)技術(shù)已發(fā)展數(shù)十年甚至數(shù)百年，這為新型解耦系統(tǒng)擴展速度提供背景信息。他預(yù)計未來十年解耦電解系統(tǒng)將成為傳統(tǒng)電解槽強勁競爭對手，特別是在將可再生能源轉(zhuǎn)化為綠色氫能方面。
評論文章提出的新想法令人信服，為擴大DWE技術(shù)造福全人類的長期前景提供啟示。
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