氫有可能成為一種氣候友好型燃料，因為它在作為能源使用時不會釋放二氧化碳。然而，目前大多數生產氫的方法都涉及化石燃料，這使得氫在其整個生命周期中都無法稱之為“綠色”。
麻省理工學院（MIT）的工程師們開發了一種新工藝，可以顯著減少與制造氫有關的碳足跡。
去年，該團隊報告稱，他們可以通過結合海水、回收的汽水罐和***來生產氫氣。當時的問題是，桌面工藝能否在工業規模上應用，以及環境成本是多少。
現在，研究人員進行了一項“從搖籃到墳墓”的生命周期評估，以工業規模考慮了這一過程的每一步。例如，該團隊計算了與獲取和加工鋁、與海水反應產生氫以及將燃料運送到加氫站相關的碳排放量。在加氫站，司機可以將氫氣罐插入發動機或燃料電池汽車。他們發現，從端到端，新工藝產生的碳排放量只相當于傳統制氫工藝的一小部分。
在今天發表在《Cell Reports Sustainability》上的一項研究中，研究小組報告說，每產生一公斤氫，在整個生命周期內，該過程將產生1.45公斤二氧化碳。相比之下，以化石燃料為基礎的生產過程每生產一公斤氫氣會排放11公斤二氧化碳。低碳足跡與其他提出的“綠色氫”技術（如太陽能和風能）相當。
主要作者Aly Kombargi博士今年春天從麻省理工學院畢業，獲得了機械工程博士學位，他說：“我們在綠色氫的大致范圍內。這項工作突出了鋁作為清潔能源的潛力，并為運輸和遠程能源系統中的低排放氫部署提供了可擴展的途徑。”
這項研究的共同作者是麻省理工學院的布魯克·鮑、伊諾克·埃利斯和機械工程教授道格拉斯·哈特。
氣泡
將鋁罐放入水中通常不會引起太大的化學反應。這是因為當鋁暴露于氧氣中時，它會立即形成一層屏蔽層。如果沒有這個屏蔽層，鋁以純凈的形式存在，當與水混合時很容易發生反應。發生的反應涉及到鋁原子，它有效地分解水分子，產生氧化鋁和純氫。不需要太多的金屬就能產生大量的氣體。
Kombargi表示：“使用鋁的主要好處之一是單位體積的能量密度。用非常少量的鋁燃料，就可以為氫燃料汽車提供大部分動力。”
去年，他和哈特開發了一種鋁基制氫的配方。他們發現，用少量鎵銦處理鋁可以刺穿鋁的天然保護層，鎵銦是一種稀有金屬合金，可以有效地將鋁磨成純凈的形式。然后，研究人員將純鋁顆粒與海水混合，觀察到反應產生了純氫。更重要的是，水中的鹽有助于沉淀鎵銦，該團隊隨后可以回收并再利用以產生更多的氫，從而節省成本，實現可持續循環。
Kombargi表示：“我們在會議上解釋這個過程的科學原理，我們得到的問題是，'這要花多少錢？'以及'它的碳足跡是多少？所以我們想以一種全面的方式來看待這個過程。”
可持續的循環
在他們的新研究中，Kombargi和他的同事們進行了一個生命周期評估，以估計鋁基制氫的環境影響，從采購鋁到生產后運輸氫的每一步。他們開始計算與產生1公斤氫相關的碳排量——他們選擇這個量作為實際的、消費者層面的例證。
Kombargi，指出：“一輛氫燃料電池汽車使用一公斤氫，你可以行駛60到100公里，這取決于燃料電池的效率。”
他們使用Earthster進行了分析。Earthster是一個在線生命周期評估工具，它從產品和工藝及其相關碳排放的大型存儲庫中提取數據。該團隊考慮了多種使用鋁生產氫的方案，從地球開采的“原”鋁開始，到從汽水罐和其他產品中回收的“二次”鋁，并使用各種方法運輸鋁和氫。
在對大約十幾個場景進行生命周期評估后，該團隊確定了一個碳足跡最低的場景。這一設想以再生鋁和海水為核心。再生鋁和海水是一種自然資源，回收鎵銦可以節省大量的排放。他們發現，在這種情況下，從開始到結束，每產生一公斤氫，就會產生大約1.45公斤的二氧化碳。據他們計算，生產這種燃料的成本約為每公斤9美元，與風能和太陽能等其他綠色技術產生的氫的價格相當。
研究人員設想，如果低碳工藝擴大到商業規模，它將是這樣的：生產鏈將從回收中心的廢鋁開始。鋁將被粉碎成顆粒，然后用鎵銦處理。然后，司機可以將預處理過的顆粒作為鋁“燃料”運輸，而不是直接運輸可能揮發的氫。這些顆粒將被運送到一個理想的靠近海水來源的燃料站，然后可以根據需要將海水與鋁混合，產生氫氣。然后，消費者可以直接將氫氣注入內燃機或使用燃料電池的汽車中。
整個過程會產生一種以鋁為基礎的副產品勃姆石（boehmite），這種礦物通常用于制造半導體、電子元件和許多工業產品。Kombargi說，如果這種副產品在制氫后被回收，它可以賣給制造商，進一步降低整個過程的成本。
Kombargi表示：“有很多事情需要考慮。但這個過程是有效的，這是最令人興奮的部分。我們證明了它在環境上是可持續的。”
該組織正在繼續發展這一進程。他們最近設計了一個小型反應堆，大約一個水瓶大小，用鋁球和海水產生氫氣，足以為一輛電動自行車提供幾個小時的動力。他們之前證明了這個過程可以產生足夠的氫來為一輛小型汽車提供燃料。該團隊還在探索水下應用，并正在設計一個氫反應堆，該反應堆可以吸收周圍的海水，為小船或水下航行器提供動力。
這項研究得到了麻省理工學院葡萄牙項目的部分支持。
（素材來自：MIT 全球氫能網、新能源網綜合）
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