近日，美国西北大学研究人员在《焦耳》杂志上发布了一项成果，他们利用可再生能源进行氨到氢的转化，用于固体酸电化学电池研制。这种方法更环保、更高效，是实现零污染、氢燃料经济的重要一步。
“氢燃料电池的弊端一直是缺乏用于输送的基础设施，且运输氢既困难又昂贵，但一个广泛的氨水运送系统已存在。”该研究作者Sossina M. Haile介绍，过去，利用氨制取纯净的氢仍存在若干技术障碍，不过他们研发出的电化学系统可把氨水转化为随时可用于燃料电池的洁净氢。
他表示，这项工艺的工作温度只需要250℃，比传统方法的500至600℃低，且转化过程高效，“这是缘于所有提供给装置的电流都将全部直接用于生成氢，不会因为寄生反应造成任何丢失”。
这项新技术另一个优势是，由于制取出来的氢是纯净的，可以直接进行加压处理以便高密度储存，因此只需增加电能即可。
研究人员介绍，为了完成这种转化，他们建造了一个独特的带有质子导电膜的电化学电池，并将其与氨分解催化剂结合起来。
“首先，氨与可将其分解为氮和氢的催化剂结合，此时氢立即被转化为质子，然后质子经电力驱动穿过电化学电池中的质子传导膜。通过不断处理氢，这种反应进行得比原本更。”Haile解释道。
氢是一种清洁燃料，在燃料电池中消耗时，产生的副产品只有水，这与化石燃料形成鲜明对比，后者产生二氧化碳、甲烷和一氧化二氮等导致气候变化的温室气体。氢能作为零碳能源，正成为以清洁化、低碳化为主要特征的新一轮能源转型的重要发展方向。根据氢能委员会预测，到2050年，氢能将减少二氧化碳排放60亿吨，在全球能源中所占比重有望达到18%。中国氢能联盟预测，2050年，氢能在中国能源体系中占比约10%。
然而，储运难是制约氢能发展的瓶颈之一。而氨比氢更容易液化，也更容易储存和运输。研究显示，在同等条件、标准大气压下，液氨在-33℃就能够实现液化运输，但如果直接运输液氢温度则需要降至-253℃左右。同时，液氨储氢中，体积储氢密度相对液氢高1.7倍。
中国科学院院士欧阳明高曾表示，在能源革命大背景下，氨以质量储氢密度比和体积储氢密度两大优势，正在成为具有发展前景的氢运输载体。
不过，“氨作为一种氢运输载体，还处在研究阶段。”中国氢能联盟专家委员会委员何广利告诉《中国科学报》，氨也是化学品，同样具有危险性，且氨—氢转换效率有待提高。在他看来，就目前而言，利用甲醇重整制氢或是直接利用液氢等方式具有较大市场竞争力。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.10.006