研究人員已經(jīng)開發(fā)出兩種獨(dú)特的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)高效的系統(tǒng)，利用尿液和廢水中的尿素產(chǎn)生氫氣。

　　這種獨(dú)特的系統(tǒng)揭示了經(jīng)濟(jì)地產(chǎn)生“綠色”氫的新途徑，這是一種可持續(xù)的可再生能源，以及具有修復(fù)水生環(huán)境中含氮廢物的潛力。

　　通常，氫氣是通過電解將水分解成氧和氫來產(chǎn)生的。這是一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，可以幫助解決全球能源危機(jī)，但這一過程是能源密集型的，與從化石燃料中提取氫（灰氫）相比，成本過高，而從化石燃料中提取氫本身就是一個(gè)不受歡迎的過程，因?yàn)樗鼤a(chǎn)生碳排放。

　　與水相比，從尿素中產(chǎn)生氫的電解系統(tǒng)使用的能源要少得多。

　　盡管有這樣的優(yōu)勢，現(xiàn)有的尿素基系統(tǒng)仍面臨著一些限制，例如能夠提取的氫氣量少，產(chǎn)生有害的含氮副產(chǎn)物（硝酸鹽和亞硝酸鹽），這些副產(chǎn)物有毒，與氫氣生產(chǎn)競爭，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的整體效率。

　　來自澳大利亞研究理事會碳科學(xué)與創(chuàng)新卓越中心（COE-CSI）和阿德萊德大學(xué)（the University of Adelaide）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出兩種基于尿素的電解系統(tǒng)，克服了這些問題，并且可以生產(chǎn)綠色氫，他們計(jì)算的成本與生產(chǎn)灰色氫的成本相當(dāng)或更便宜。

　　每個(gè)系統(tǒng)的研究分別發(fā)表在不同的論文中，一篇發(fā)表在《Angewandte化學(xué)國際版》上，另一篇發(fā)表在《自然通訊》上。Xintong Gao博士研究生是《Angewandte化學(xué)國際版》論文的第一作者，他來自?；瘜W(xué)工程學(xué)院COE-CSI首席研究員Yao Zheng教授和COE-CSI副主任兼首席研究員Shizhang Qiao教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)。

　　從純尿素中制造氫氣并不是什么新鮮事，但研究小組發(fā)現(xiàn)了一種更容易獲得、成本效益更高的方法，即使用尿液作為純尿素的替代來源。

　　Zheng教授說：“雖然我們還沒有解決所有的問題，但如果這些系統(tǒng)擴(kuò)大規(guī)模，我們的系統(tǒng)產(chǎn)生無害的氮?dú)?，而不是有毒的硝酸鹽和亞硝酸鹽，而且這兩種系統(tǒng)都將比純水分解系統(tǒng)節(jié)省20-27%的電力。”

　　“我們需要降低制造氫的成本，但要以碳中和的方式。我們第一篇論文中的系統(tǒng)，雖然使用了獨(dú)特的無膜系統(tǒng)和新型銅基催化劑，但使用了純尿素，這是通過Haber-Bosch合成氨工藝生產(chǎn)的，這是能源密集型的，釋放了大量的二氧化碳。我們通過使用一種綠色的尿素來源——人類尿液來解決這個(gè)問題，這是我們第二篇論文中研究的系統(tǒng)的基礎(chǔ)。”

　　尿液或尿素也可以來自污水和其他含氮廢物的廢水。然而，尿在電催化系統(tǒng)中出現(xiàn)了另一個(gè)問題。尿液中的氯離子會引發(fā)反應(yīng)，產(chǎn)生氯，導(dǎo)致系統(tǒng)陽極發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的腐蝕，從而發(fā)生氧化和電子損失。

　　Qiao教授說：“在第一個(gè)系統(tǒng)中，我們開發(fā)了一種創(chuàng)新的、高效的無膜尿素電解系統(tǒng)，用于低成本制氫。”

　　“在第二個(gè)系統(tǒng)中，我們開發(fā)了一種新的氯介導(dǎo)氧化機(jī)制，使用碳載體上的鉑基催化劑從尿液中產(chǎn)生氫。”

　　鉑是一種昂貴、珍貴和有限的金屬，作為催化材料的需求日益增長，這是不可持續(xù)的。ARC碳科學(xué)與創(chuàng)新卓越中心的核心使命是為傳統(tǒng)的能源和化學(xué)工業(yè)提供變革性的碳催化劑技術(shù)。

　　阿德萊德大學(xué)的團(tuán)隊(duì)將在這一基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)碳支撐的非貴金屬催化劑，用于構(gòu)建無膜尿廢水系統(tǒng)，在修復(fù)廢水環(huán)境的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本的綠色氫回收。

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