新技术可以无缝地将氨转化为绿色氢

　　最近发表在《焦耳》杂志上的一篇文章概述了这项新技术，这是实现零污染、以氢为燃料的经济的重要一步。

　　近年来，利用氨作为载体来输送氢气的想法越来越受欢迎，因为氨比氢更容易液化，因此更容易储存和运输。西北大学的技术突破了从氨中生产清洁氢的几个现有障碍。

　　这项研究的第一作者Sossina Haile说：“氢燃料电池的最大问题是缺乏运输基础设施。”“运输氢气既困难又昂贵，但一个广泛的氨输送系统已经存在，我们每天都在向世界各地运送大量的氨作为肥料。如果你给我们氨，我们开发的电化学系统可以在任何规模的现场将氨转化为燃料电池可使用的清洁氢气。”Haile是西北大学可持续性和能源研究所的副主任。

　　在这项研究中，Haile和她的研究小组报告称，他们能够使用可再生电力而不是化石燃料的热能来实现氨转化为氢的过程，因为这个过程的运行温度比传统方法低得多(只需250摄氏度，而不是之前的500到600摄氏度)。其次，新技术产生的纯氢不需要后续的分离和纯化过程。第三，这个过程是高效的，因为提供给这个装置的所有电流都直接产生氢气，没有任何寄生反应的损失。另一个好处是，由于产生的氢气是纯净的，它可以直接加压实现高密度储存。

　　为了实现这一转化，研究人员建造了一个独特的电化学电池，它带有一层质子导电膜，并将其与一种分解氨的催化剂结合在一起。

　　“氨首先遇到催化剂，催化剂将氨分解成氮气和氢气，”Haile说。“氢会立即转化为质子，然后被电驱动穿过电化学电池中的质子传导膜。这就是勒夏特列原理(Le Chatelier’s principle)。通过去除氨分解反应的产物之一，也就是氢，我们将反应向前推进，这超出了氨分解催化剂单独可以完成的工作。”

　　氨气分解产生的氢气可以用于燃料电池。和电池一样，燃料电池通过化学反应产生的能量来发电。与传统电池不同的是，燃料电池只要有燃料供应就能发电，而且不会失去电量。氢是一种清洁燃料，当在燃料电池中消耗时，它唯一的副产品就是水。这与化石燃料形成了鲜明对比，化石燃料会产生导致气候变化的温室气体，如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。

　　Haile预测，这项新技术可能会在交通领域带来特别大的变革。根据美国环境保护署(Environmental Protection Agency)的数据，2018年，汽车、卡车、火车、轮船、飞机和其他交通工具的人员和货物流动占美国温室气体排放的28%，比其他任何经济部门都要多。

　　“电池驱动的汽车很棒，但也存在续航里程和材料供应的问题，”Haile说。“将氨以分布式的方式就地转化为氢，可以让你开车进入加氢站，为你的车获得增压氢。此外，航空工业对氢燃料电池的兴趣也越来越大，因为传统电池太重了。”

　　多年来，Haile和她的团队在燃料电池领域取得了重大进展。作为他们工作的下一步，他们正在探索以一种环境友好的方式生产氨的新方法。

　　（原文来自：燃料电池工程 新能源网综合）