《自然評(píng)論清潔技術(shù)》最近的一篇評(píng)論首次提出擴(kuò)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(guò)程。圖片來(lái)源：《自然評(píng)論：清潔技術(shù)》（2025）
氫氣是重要化學(xué)原料，通常由化石燃料生產(chǎn)，會(huì)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(biāo)之一，有望取代世界對(duì)化石燃料的依賴。
傳統(tǒng)電解法用膜隔開(kāi)的兩個(gè)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(yáng)能和風(fēng)能不兼容等問(wèn)題。DWE通過(guò)在時(shí)間或空間上分離氫氣和氧氣產(chǎn)生克服這些問(wèn)題，無(wú)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(píng)論回顧不同DWE方法，首次提出可行規(guī)�；a(chǎn)途徑。作者包括以色列理工學(xué)院Avner Rothschild教授、格拉斯哥大學(xué)Mark D. Symes教授、丹麥技術(shù)大學(xué)Jens Oluf Jensen教授、弗勞恩霍夫太陽(yáng)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(xué)院博士后研究員Guilin Ruan博士以及格拉斯哥大學(xué)博士生Fiona Todman等世界各地頂尖專(zhuān)家。
2013年，格拉斯哥大學(xué)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(shí)現(xiàn)解耦電解原始實(shí)現(xiàn)，并積極嘗試將其商業(yè)化。2015年，Avner Rothschild教授與同事開(kāi)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(zhuān)家，其研究為解決商用電解槽規(guī)�；a(chǎn)運(yùn)行挑戰(zhàn)提供見(jiàn)解，為比較顛覆性解耦電解槽和無(wú)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(jiàn)解。
這篇綜述首次詳細(xì)介紹DWE可行規(guī)�；呗浴�(shí)驗(yàn)室規(guī)模DWE實(shí)驗(yàn)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(wàn)倍。要滿足目前氫氣需求，約需一百萬(wàn)臺(tái)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(dú)特優(yōu)勢(shì)在于能通過(guò)氧化還原材料儲(chǔ)能，類(lèi)似內(nèi)置電池的電解器，可緩沖可再生能源波動(dòng)，與太陽(yáng)能和風(fēng)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(kuò)大綠色氫能生產(chǎn)規(guī)模影響巨大。目前氫能市場(chǎng)每年價(jià)值約2500億美元，一旦實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)�；�，預(yù)計(jì)十年內(nèi)綠色氫能市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)5500億美元。
羅斯柴爾德教授預(yù)測(cè)，綠色氫能將占未來(lái)能源市場(chǎng)10%，大規(guī)模生產(chǎn)并以合理價(jià)格出售后，將取代工業(yè)、重型運(yùn)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(chǎng)，DWE有望成為適應(yīng)環(huán)境變化的“物種”。
Symes教授解釋?zhuān)怦铍娊饧夹g(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(kuò)展速度提供背景信息。他預(yù)計(jì)未來(lái)十年解耦電解系統(tǒng)將成為傳統(tǒng)電解槽強(qiáng)勁競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，特別是在將可再生能源轉(zhuǎn)化為綠色氫能方面。
評(píng)論文章提出的新想法令人信服，為擴(kuò)大DWE技術(shù)造福全人類(lèi)的長(zhǎng)期前景提供啟示。
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