《英国科学家研发双倍电解制氢,光伏制氢应用有新招》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-11-05
  • 2019年发展最快的清洁能源,非氢能源莫属。根据国际可再生能源署IRENA预测,可再生能源制氢将很快成为许多新领域应用中最便宜的选择,德国、法国、荷兰、奥地利、日本、澳大利亚、加拿大、中国、英国和美国正在建设几个大型的绿色氢项目。这些项目在全球的足迹表明,在可再生电力成本下降的帮助下,人们的注意力正在转向本地市场化“绿色氢能”应用。

    欧盟地区梅耶博格联合其他两家能源公司在意大利投资年产能2GW光伏电池及组件厂,所生产的产品将用于为氢能项目供电,与此同时,澳大利亚计划开发5GW风能和太阳能项目用于为国内外制氢供电。中国也将氢能发展列入国家级战略规划,国家电投集团投资50亿元在江苏省建设氢能产业园,阳光电源下半年集中发力,先后签订了550MW的光伏制氢项目。

    “绿色氢能”指的是利用来源于风能、太阳能以及生物质能的可再生电力,通过电解水制取因为可以实现零排放,所以被众多能源人士奉为能源转型的重要手段。氢能既可以作为运输燃料,也可以作为长时间的电力存储介质。唯一不足的是,一些分析师表示,与使用化石燃料驱动的电解过程相比,可再生能源(风电,光伏等)驱动的电价相对昂贵,而绿色氢能的命运也将取决于清洁能源价格的持续下跌。

    换个角度,减少水解过程中所需要的能量就是另一种降低成本的方法。

    由苏格兰格拉斯哥大学(University of Glasgow)领导的科研小组研究了涂有碲化钼催化剂的电极,他们发现,当电流以特定的高电流脉冲模式作用于电极时,电解过程中产生的氢气量会增加。通过优化脉冲模式,研究小组表示,新的电解方案可以将产生一定数量氢气所需的电量减半。也就是说,这种更高效的电解水的方法,可以使每毫伏产生的氢量几乎增加一倍。

    以上研究成果,已经发表在《自然通讯》杂志上,格拉斯哥大学的阿列克谢.加宁教授(Alexey Ganin)作为科研小组的带头人,表示:储能的未来有无限的可能,使用电池做储能是一种方案,但是氢能也是一个不错的选择。我们的研究为更有效、更经济的通过电解水产生氢,提供了一个重要的新视角。”

    随着电解氢在科研方面的创新,氢能应用也有了令人惊喜的新案例。今年10月,法国电力公司Engie和矿业巨头英美资源集团(Anglo American)宣布合作,共同开发世界上第一辆氢动力矿业运输卡车。

    氢燃料电池车(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氢或含氢物质与空气中的氧在燃料电池中反应产生电力推动电动机,采用氢燃料罐取代柴油,用氢燃料电池和蓄电池取代发动机,从而对车辆进行改装。据欧洲媒体报道,第一辆氢燃料卡车将于明年上路。在氢燃料卡车量产之前,英美资源集团位于南非的Mogalakwena PlatinumGroup 金属矿项目,将进行氢燃料相关的测试和验证,矿区内的太阳能发电站将为生产氢气的电解槽提供电力。就在不久前,英美资源集团还宣布该公司在位于智利的一个铜矿安装了一个86KW的太阳能漂浮电站。实践证明,在矿井水库表面铺设漂浮式太阳能阵列,可以显著降低水汽蒸发带来的损失,在地下矿井中使用氢动力卡车可以显著降低通风成本,两者结合为采矿行业的节能增效带来了一个非常好的解决方案。

    随着光伏制氢的成本逐步降低,“绿色氢能”的应用将渗透到更多的行业,也许在不久的将来,大街上跑的氢能公交车,就是借助了我们身边的光伏电站贡献的清洁电力呢。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-03-23
    • 据外媒报道,科学家们首次研发了一种能够有效吸收阳光的单分子,而且该分子还可以作为一种催化剂,将太阳能转化为氢气,而氢气可作为清洁的燃料替代品,用于燃油汽车。该种新分子可以从整个可见光光谱中收集能量,与目前的太阳能电池相比,可以多利用50%的太阳能。这一发现可以帮助人们摆脱对化石燃料的依赖,转向使用不会对气候造成影响的能源。 该研究团队由美国俄亥俄州立大学(The Ohio State University)化学与生物物理动力学中心主任兼化学教授Claudia Turro领导。Turro表示:"我们的想法是利用太阳光子,将其转化为氢气。简而言之,我们利用来自阳光的能源,并将其存储在化学键中,以便日后使用。"光子是阳光的基本粒子,包含能量。 研究人员首次证明,可以从太阳光的整个可见光光谱(包括低能量红外光谱,也是太阳光光谱的一部分,以前很难收集该光谱的能量)中收集能量,并迅速且有效地将其转化成氢气。氢气是一种清洁燃料,在使用过程中不会产生碳或二氧化碳。 Turro表示:"该理念得以实现是因为该系统能够让该分子处于激发状态,吸收光子,并存储两个电子,以制造氢气。在一个由两个光子产生的分子中存储两个电子,并合成制氢,这一做法前所未有。" 将太阳能转化为汽车燃料首先需要利用一种机制收集能量,再将此类能量转化为燃料,而转化需要一种称为"催化剂"(能够加速化学反应)的东西,让太阳能转化为氢气等可使用的能源。 以前的研究大多数是尝试收集紫外线等较高能量波长的阳光,再将此类太阳能转化为氢气。Turro表示,少数依靠单分子去收集能量的研究也非常低效,部分原因在于无法从整个可见光光谱中收集能量,而无法做到这一点的原因在于催化剂本身降解得很快。 Turro的研究小组发现了如何用一个分子(元素铑的一种形式)制造催化剂,从而可以损失更少的能量。研究小组找到了方法,可以收集从红外线到紫外线整个可见光光谱的能量。该研究小组设计的系统与之前和紫外线光子工作的单分子系统相比,效率提高了24倍以上。 在该项研究中,研究人员用LED灯照射含有活性分子的酸性溶液,发现制出了氢气。Turro表示:"该方法可行的原因是该分子很难被氧化。" Turro表示,在该研究小组将成果应用于现实世界之前,还有很多工作要完成。铑是一种稀有金属,以铑为原料制造催化剂的成本较高。目前,该研究小组正致力于改进该分子,使其能够在更长的时间段内制造氢气,并致力于利用更便宜的材料制造催化剂。
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    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
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    • 俄罗斯托木斯克理工大学(TPU)与吉林大学(中国长春)的科学家共同研制出一种用于从水中制取氢气的有效且长寿命催化剂。据研发者称,新型催化剂的耐久性和稳定性是同类更贵产品的七倍,这有助于提高从水中制氢的产量,用于化学工业和燃料制造。成果发表在《iScience》期刊上。 近年来,氢越来越被视为一种能源载体,因为与化石燃料相比,它具有许多优点。工业规模的低成本制氢通过电解(电流通过时水分子分裂)进行。然而,这一过程需要催化剂——可以降低电力成本的物质。昂贵的铂族金属在水的电解中表现出最大的催化活性。 作为现有昂贵催化剂的替代品,托木斯克理工大学和吉林大学的科学家研发出一种基于碳化钼的易于获取的水电解催化剂。他们说,这种催化剂的耐久性是现有同类产品的七倍。 该研究参与者之一、托木斯克理工大学能源工业先进材料实验室研究员尤利娅·瓦西里耶娃解释称:“我们研发了一种结构,是融合到添加氮原子的石墨基体中的碳化钼表面的氧化钼。与同类物质相比,新型催化剂的合成简单且节能,并且可在15天内保持稳定,而同类催化剂在50小时后就会失效。”她补充说,新型催化剂的生产采用非真空电弧法,该方法用于获取生产磨料、抛光材料和耐磨涂层所需的超硬材料。与生产各种元素碳化物的其他方法不同,这种方法不需要笨重的设备和隔离反应介质,而是在露天进行合成。 瓦西里耶娃强调:“析氢反应中催化剂的活性通过过电压值进行评估。标准铂基催化剂的过电压值为-31mV,过电压越接近该值越好。大多数难以生产且价格昂贵的现有同类物质的过电压值平均在-200至-250 mV之间。我们的催化剂则处于-148 mV的水平,且在合成的简易性方面具有优势。” 未来,专家计划改进新型催化剂的特性,并继续寻找更有效的成分。