氫氣有很大潛力作為乾淨燃料:它很豐富(主要是在像是水的化合物中)、它不會製造任何有害排放物、且它亦能夠被用來貯存來自太陽、風力與潮汐的能源。

從空氣中取水

然而,要以實際且能夠負擔的方法,來製造足夠的氫氣,這面臨很多挑戰。從水來分出氫氣可能會需要很複雜的技術,且必須依靠純淡水,而不是到處可取得的水。

現在,科學家們已想出一個新原型設備,能夠從濕氣當中獲取水,接著在將其分成氫氣與氧氣。而且,它能夠在濕度(空氣中的水蒸氣濃度)低至 4% 的區域中運作。

研究人員在他們發表的論文中寫到:「在研究當中,我們證實到說,空氣中的濕氣可以藉由電解,直接被用來產生氫氣,這歸功於空氣中的水全球都能獲得、且在大自然中不會耗竭。」

設備與測試

由研究人員們建立起來的設備是原型電解儀,電源來自再生能源,可以將水分解成其組成元素,也就是氫與氧。在一項太陽能源的測試當中,共五台電解儀並聯運行中。

電極位於收集水的單元的兩端。這個收集水的單元是一個從空氣中吸收水的海綿般材料,但也可以加倍成為電解液儲存槽。兩個電極與空氣隔離。這代表說,當分離開始後,氫氣與氧氣就能作為純氣體而被收集。

研究人員對多種不同材料與設置做測試,好讓原型設備能夠在令人滿意的程度運作。其中一個研究人員試用的配置,能夠連續 12 天成功地運作。

研究人員寫到:「這個所謂的直接空氣電解(direct air electrolysis,DAE)模組,能夠在相對濕度 4% 的乾燥環境下工作,克服供應水的問題,以及在最環境衝擊最小之下,永續地製造綠色氫氣。」

在大部分地區,乾淨飲用水都是很重要的,所以這台設備可以在任何地點使用,而不會消耗儲存。然而,這很有可能在乾旱或半乾旱的地區會最有用,畢竟那些地區的周遭沒有太多水。

持續研發

我們最近才看到,在製造氫燃料上的重要突破。這突破是利用鋁與鎵來分離水而形成氫氣與氧氣。現在,當提到讓氫氣能源能成為更廣泛的現實時,科學家已有多條道路可以追求。

值得記住的是,這項技術仍然是在研發初期階段:不同的 DAE 裝置與材料,會在效率及產生的能量上,產生不同的結果。然而,研究團隊有信心說,他們的設備能夠被改善、並且規模化。

研究人員們寫到:「藉由對海綿材料的通道進行工程、或是增加其深寬比,來進一步改善表面積與體積之比,這能夠保證吸收水的速率,而這對於讓 DAE 單元升級是很重要的。」

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參考資料:

  1. Nield, D., (2022, September 7). New Prototype Device Harvests Water from The Air to Make Hydrogen Fuel. ScienceAlert
  2. Guo J. et al., (2022, September 6). Hydrogen production from the air. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-022-32652-y
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/new-prototype-device-harvests-water-from-the-air-to-make-hydrogen-fuel(圖:Austin Schmid/Unsplash)
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