西北大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種高效且環(huán)保的方法，將氨轉(zhuǎn)化為氫氣。這項(xiàng)新技術(shù)在最新出版的《焦耳》雜志中進(jìn)行了總結(jié)，這是實(shí)現(xiàn)零污染和氫燃料經(jīng)濟(jì)性的重要一步。
近年來，利用氨作為運(yùn)輸氫氣的載體的想法越來越受到關(guān)注，因?yàn)榘北葰錃飧菀滓夯?，因此更容易?chǔ)存和運(yùn)輸。西北航空公司的技術(shù)突破，克服了現(xiàn)有的幾種由氨生產(chǎn)清潔氫氣的障礙。
該研究的主要作者Sosina Haier說：“氫燃料電池的缺點(diǎn)在于缺乏交通基礎(chǔ)設(shè)施?！薄斑\(yùn)輸氫氣既困難又昂貴，但已經(jīng)有了廣泛的氨運(yùn)輸系統(tǒng)。它有管道。我們向世界輸送大量氨作為肥料。如果把氨給我們，我們開發(fā)的電化學(xué)系統(tǒng)可以把它轉(zhuǎn)化成氨。從氨到燃料電池，氫氣可以在任何規(guī)模上得到凈化?！?
Haile是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系的Walter P. Murphy教授，他還雇傭了應(yīng)用物理和化學(xué)專業(yè)的學(xué)生。她還是西北大學(xué)可持續(xù)發(fā)展與能源研究所的聯(lián)合所長。
在這項(xiàng)研究中，海爾和他的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，他們能夠使用可再生電力代替化石燃料的熱量將氨轉(zhuǎn)化為氫氣，因?yàn)樵撨^程的溫度比傳統(tǒng)方法低得多(250攝氏度而不是250攝氏度)。50到600攝氏度)。其次，新技術(shù)生產(chǎn)的純氫不需要與任何未反應(yīng)的氨或其他產(chǎn)物分離。第三，這個(gè)過程是有效的，因?yàn)樗刑峁┙o設(shè)備的電流都直接產(chǎn)生氫氣，沒有任何寄生反應(yīng)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，因?yàn)楫a(chǎn)生的氫氣是純凈的，所以可以通過簡單地增加電力來直接加壓，用于高密度存儲(chǔ)。
為了完成轉(zhuǎn)化，研究人員用質(zhì)子傳導(dǎo)膜構(gòu)建了一個(gè)獨(dú)特的電化學(xué)電池，并將其與氨分解催化劑集成在一起。
海爾說：“氨首先遇到催化劑，催化劑將氨分解成氮?dú)夂蜌錃狻！薄霸谖覀兊碾娀瘜W(xué)電池中，氫會(huì)立即轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，然后被電驅(qū)動(dòng)穿過質(zhì)子傳導(dǎo)膜。通過不斷泵出氫氣，我們進(jìn)一步推動(dòng)反應(yīng)。這就是《查泰萊》的原則。通過去除氨分解反應(yīng)的一種產(chǎn)物，即氫氣，我們將反應(yīng)向前推進(jìn)，這超過了氨分解催化劑本身的能力?！?
然后，氨分解產(chǎn)生的氫氣可以用于燃料電池。像電池一樣，燃料電池通過轉(zhuǎn)換化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量來發(fā)電。與電池不同，燃料電池可以發(fā)電，只要它們提供燃料而不會(huì)失去電荷。氫氣是一種清潔燃料。當(dāng)在燃料電池中消耗時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生水作為唯一的副產(chǎn)品。相反，化石燃料會(huì)產(chǎn)生改變氣候的溫室氣體，如二氧化碳、甲烷和一氧化二氮。
海爾預(yù)測，這項(xiàng)新技術(shù)可能在交通領(lǐng)域具有特別大的革命性。2018年，汽車、卡車、火車、輪船、飛機(jī)等交通工具造成的人員和貨物流動(dòng)占美國溫室氣體排放量的28%，超過美國任何其他經(jīng)濟(jì)部門。
海爾表示：“電池驅(qū)動(dòng)的汽車很棒，但續(xù)航里程和材料供應(yīng)肯定有問題?！薄霸诂F(xiàn)場以分布式方式將氨轉(zhuǎn)化為氫氣，將使您能夠開車進(jìn)入加油站，并為汽車獲得加壓氫氣。因?yàn)殡姵靥?，航空業(yè)對(duì)氫燃料電池越來越感興趣。”
海爾和她的團(tuán)隊(duì)多年來在燃料電池領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步。作為他們工作的下一步，他們正在探索以環(huán)保方式生產(chǎn)氨的新方法。
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