美国即将生产黄氢。这可能是一项革命性的发明,全世界将会效仿——就像此前出现的灰氢、蓝氢、绿氢、粉氢一样。目前绿氢项目在东亚、中东、北非、北美如雨后春笋般涌现。美国一些科学家坚信这种氢气制取路线非常有前途,因而给它起了一个新名字"黄氢",以区别于已实现工业生产的绿氢或蓝氢。

什么是黄氢?

黄氢俗称光化学氢,是通过水分离光催化反应产生的:其基本原理是限制反应次数,利用太阳能和可控催化剂将水分子分解为氢气和氧气。与氢的其他传统生产方式不同,黄氢不使用化石能源,也不会因排放温室气体对气候产生直接的负面影响。

黄氢是如何产生的?

黄氢生产过程遵循一定步骤:第一步,使用半导体光催化剂和阳光将水分解为氢气和氧气,这一过程类似于生产绿氢或蓝氢所用的电解;氢气随后被储存和纯化,用作燃料或用于其他用途,作为副产品产生的氧气则释放到大气中。过程中使用的光催化剂包括二氧化钛、硫化镉等半导体材料,它们捕获并利用阳光,实现催化剂表面的水分离。

黄氢的优势与挑战

与其他制氢方式相比,黄氢具有多项优势:它是一种环保能源,不排放温室气体、不使用化石能源;根据一些研究报告的数据,能量转换效率可达19%;且可用简单、廉价的材料进行小规模生产,从而实现分散式制氢。

但黄氢生产也面临挑战:该工艺尚未像其他工业应用方法那样得到完善和优化,需要更多研究和经验改进结果与实际应用;部分光催化剂可能昂贵,且工作时间通常有限;目前产率低于甲烷蒸汽重整或电解等方法。

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黄氢新项目

美国国家可再生能源实验室(NREL)正致力于通过光催化分离水,并设计了几种获取黄氢的系统原型;科罗拉多大学博尔德分校正在开发比现有材料更高效、更经济的新型光催化剂;加州大学伯克利分校正开展人工光合作用研究,计划制造黄氢和其他有价值的化学物质。

美国部分州特别适合发展黄氢:加利福尼亚州因拥有太阳能资源和向可再生能源过渡的目标,最适合生产黄氢;得克萨斯州因已拥有发达的氢能和太阳能产业而具备巨大增长机会;亚利桑那州尤其是新墨西哥州,凭借土地可用性和高太阳辐射可被视为黄氢高潜力地区。

除美国外,中国、日本、韩国、欧洲等地也有许多实验室和科学家正致力于这一研究。(Daniele Ingemi)