該方法降低了氫燃料生產(chǎn)所需清潔水的高昂成本和環(huán)境壓力。

普林斯頓大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，在電解生產(chǎn)"綠色"氫氣的過(guò)程中，使用再生廢水替代超純水。

這一改變降低了氫燃料生產(chǎn)所需清潔水的高昂成本和環(huán)境壓力。

"氫能基礎(chǔ)設(shè)施通常與當(dāng)?shù)氐褂么嬖诟?jìng)爭(zhēng)關(guān)系，"該資深研究作者任智勇（音譯）教授于10月28日表示。"但每個(gè)城鎮(zhèn)都有污水處理廠，這對(duì)于氫經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常分布式的水源，"兼任土木與環(huán)境工程教授的任智勇補(bǔ)充道。

解決現(xiàn)有廢水利用難題

綠色氫氣是通過(guò)使用可再生電力，利用電解法將水分解為氫氣和氧氣而產(chǎn)生的。與其他方法相比，其碳排放量要低得多。

然而，這個(gè)過(guò)程通常需要昂貴的超純水，以防止雜質(zhì)損壞電解槽內(nèi)專用的薄膜。

研究人員致力于繞開生產(chǎn)綠色氫氣所需的昂貴水凈化過(guò)程。為了這種可持續(xù)的方法，他們測(cè)試使用"再生廢水"來(lái)代替自來(lái)水。

再生廢水是經(jīng)過(guò)處理的、適合排放或用于灌溉、工業(yè)冷卻等非飲用用途的水。

這種方法以前曾有人嘗試過(guò)，但那些使用廢水的努力很快就失敗了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)首先分析了在標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)電解槽中系統(tǒng)失敗的原因，這為他們?cè)O(shè)計(jì)新的解決方案提供了依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)使用了質(zhì)子交換膜水電解槽，這是目前使用超純水的標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)技術(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，之前的嘗試失敗是因?yàn)閺U水中的鈣、鎂離子（常見的水垢礦物質(zhì)）附著在電解槽的質(zhì)子交換膜上。這阻礙了離子傳輸，并導(dǎo)致性能迅速下降。

降低能源需求

普林斯頓團(tuán)隊(duì)通過(guò)用硫酸酸化再生廢水解決了這個(gè)問(wèn)題。

這種緩沖液作為豐富的質(zhì)子源，能夠勝過(guò)那些有問(wèn)題的鈣、鎂離子。

該步驟成功地維持了離子在膜上的傳導(dǎo)性，保持了必要的電流，并最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的持續(xù)產(chǎn)氫而不發(fā)生故障。

"去除所有那些離子以獲得進(jìn)入電解槽的超純水成本很高，"任教授說(shuō)。"現(xiàn)在，你只需將其酸化一點(diǎn)，然后就可以將含有離子的水送入電解槽，并且它能持續(xù)運(yùn)行超過(guò)300小時(shí)而沒有出現(xiàn)明顯問(wèn)題。"

所使用的酸會(huì)持續(xù)循環(huán)，這意味著它永遠(yuǎn)不會(huì)離開系統(tǒng)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗葞?lái)了環(huán)境效益，又節(jié)省了成本。

有趣的是，選擇使用再生廢水而非純化水，可以使制氫的水處理成本降低約47%。

另一方面，與水處理相關(guān)的能源成本可降低約62%。

該團(tuán)隊(duì)目前正與行業(yè)合作伙伴合作，以在更大規(guī)模上并使用預(yù)處理過(guò)的海水來(lái)測(cè)試這種方法。

他們也在進(jìn)行宏觀規(guī)劃，此前曾發(fā)布一項(xiàng)研究，確定了在美國(guó)境內(nèi)將制氫設(shè)施與污水處理廠配套建設(shè)的理想地點(diǎn)。

這項(xiàng)研究推動(dòng)氫能變得可行，以在鋼鐵和化肥制造等難以電氣化的領(lǐng)域減少碳排放。

該研究結(jié)果發(fā)表在《水研究》期刊上。

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