从水生产氢燃料的根本新技术

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员已经开发出一种从水生产氢燃料的全新方法，这甚至被认为是不可能的。研究人员认为，这种新技术/系统可以为氢作为燃料的主流使用铺平道路。

从本质上讲，这项新技术只是一个巨大的太阳热系统-阳光通过大量镜子集中在一个高大的中央塔上，该镜子将塔加热到高达华氏2500度的温度，然后将这些热量重新定向到装有称为金属氧化物的化合物的反应器。当金属氧化物化合物加热时，它会释放出氧原子，这会改变其材料组成，从而使新形成的化合物寻找新的氧原子。通过“向系统中添加蒸汽-可以通过在反应器中将水沸腾，而聚光的阳光照射到塔上来产生-它将导致水分子中的氧气粘附到金属氧化物的表面，从而释放出氢气作为氢气收集的分子。”

首席研究员兼CU-Boulder教授Alan Weimer说：“我们在这里设计的东西与其他方法截然不同，坦率地说，以前没有人认为这是不可能的。”“用阳光分解水是可持续氢经济的圣杯。”

“艺术家对商业制氢厂的构想，该工厂利用阳光将水分解以生产清洁的氢燃料。”科罗拉多大学博尔德分校

正如研究人员所指出的，这种新方法与以前的方法的主要区别在于，新方法可以在相同温度下进行两个化学反应。“虽然没有工作模型，但传统理论认为，通过金属氧化物工艺生产氢需要将反应器加热至高温以除去氧气，然后将其冷却至低温，然后注入蒸汽以使化合物重新氧化，以便释放氢气进行收集。”

查尔斯·穆斯格雷夫（Charles Musgrave）副教授说：“更传统的方法既需要控制反应堆中温度从热态到冷态的转变，又需要将蒸汽引入系统。”“我们系统的重大创新之一是温度没有波动。整个过程是通过打开或关闭蒸汽阀来驱动的。”

科罗拉多博尔德大学的博士生克里斯托弗·穆希奇（Christopher Muhich）表示：“就像使用放大镜来生火一样，我们可以集中阳光直到它变得非常热，然后利用它来驱动这些化学反应。”“虽然我们可以轻松地将其加热到1,350摄氏度以上，但我们希望将其加热到可能发生这些化学反应的最低温度。温度升高会导致快速的热膨胀和收缩，从而可能损坏化学材料和反应堆本身。”

还有其他需要注意的地方–传统的两步水分解工艺效率很低，既浪费时间又浪费热量。正如Weimer所指出的：“一天中只有那么几个小时的阳光。”因此，最好不要将这些时间浪费在低效率上。

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借助新的CU-Boulder方法，用于燃料电池或用于存储的氢的量完全取决于金属氧化物的量（由铁，钴，铝和氧的混合物组成）以及有多少蒸汽引入系统。团队提出的一种设计是建造直径约1英尺长，数英尺长的反应器管，并在其中填充金属氧化物材料，并将它们堆叠在一起。一个产生大量氢气的工作系统将需要许多高塔才能从围绕每个塔的数英亩的镜子中收集集中的阳光。

尽管现在听起来这项新技术非常有前途，但是研究人员花了两年的努力才能达到这一点：“当我们看到可以使用这种更简单，更有效的方法时，就需要改变思维方式，” Weimer说。“我们必须发展一种理论来解释它，并使它对其他科学家和工程师来说令人信服和理解。”

研究人员认为，尽管这项新技术具有巨大潜力，但商业化可能还需要几年的时间。韦默说：“由于天然气价格如此之低，因此没有动力燃烧清洁能源。”韦默也是科罗拉多州生物精炼和生物燃料中心的执行主任。“将碳排入大气将必须受到巨额罚款，否则化石燃料的价格将不得不上涨。”

该研究部分由美国国家科学基金会和美国能源部资助/支持。

这项新研究刚刚发表在8月2日的《科学》杂志上。