绿色氢能是未来的燃料吗？

随着世界寻求化石燃料的替代品，科学家们正在寻求氢作为清洁燃料的有前途的来源。与燃烧时释放二氧化碳的汽油不同，氢燃烧仅产生水蒸气，使其成为清洁环保的替代品。更常见的是，氢气在燃料电池中转化为水和电，就像丰田Mirai一样。它已经以这种方式用于为零排放燃料电池电动汽车（FCEV）提供燃料，并且长期以来一直被美国宇航局用于将火箭送入太空。

作为地球上最丰富的元素，氢有可能改变为世界提供动力的许多部门，从运输和公用事业到生物燃料、化肥和环境无害化学品。然而，物理运输氢气的高成本和物流复杂性带来了成本障碍，我们所有人都必须在电力、燃料和食品成本方面付出代价。

南加州大学洛克碳氢化合物研究所（USC Loker Hydroc Research Institute）的化学家特拉维斯·威廉姆斯（Travis Williams）正在通过开发一种“按需氢”反应堆来应对这一挑战，该反应堆有望简化氢的运输并经济高效地彻底改变。2022 年，美国能源部将威廉姆斯的突破性技术评为近期氢研究史上的五大关键成就之一。

“目前氢气的成本主要是由压缩和交付氢气的费用驱动的。我们的反应器基本上在您需要的时间和地点提供高压氢气，允许用户将其转化为能源或其他产品而不会产生任何污染，“威廉姆斯说，他也是南加州大学多恩西夫文学，艺术与科学学院的化学教授。“我们的目标是使氢作为一种清洁能源更容易获得和经济，这项技术是向前迈出的重要一步。

（故事在视频下方继续）

利用绿色氢的力量

绿色氢是指通过使用可再生能源（如风能、太阳能或水力发电）从水或其他可持续原料中提取氢气的过程产生的氢气。这种生产方法被认为是“绿色的”，因为它产生的温室气体排放量很小或没有，使其成为通常依赖化石燃料的传统制氢方法的环保替代品。

生产绿色氢气的最清洁过程称为电解，其中电流通过水将其分解成其组成元素氢和氧。这个过程中使用的电力可以来自可再生能源，确保制氢的总体碳足迹非常低甚至为零。

除了 100% 可持续之外，绿色氢还易于储存且用途广泛。它可以有效地补充太阳能和风能等间歇性能源，解决其可靠性方面的差距。美国能源部预计，从这些来源产生的绿色氢最终将取代甲烷蒸汽重整产生的天然气氢，最终消除氢工业的碳足迹。

氢的用途是广泛的。除了在运输中的应用外，氢气还是一系列工业过程中的关键成分，包括石油精炼、金属处理、肥料生产和食品加工。

然而，由于氢气的高反应性和可燃性，监管机构制定了严格的压力和纯度标准。满足这些标准可能特别具有挑战性，尤其是在生产用于车辆的氢气时。

“为了满足车辆填充的规格，您必须将气体压缩到一定压力。运行压缩机的成本最终几乎等于汽车氢气本身的成本，这导致了我们今天在氢气生产中看到的一些负担能力问题，“威廉姆斯说。

“我们的反应堆设计为在高压下有效运行，化学反应产生足够的能量进行自加压，无需昂贵的压缩机，”他补充说。

该反应器还以更实惠的液体形式（称为甲酸）输送氢气，然后将其输送到所需位置并转换回氢气。这种变革性技术允许氢气的无缝移动，确保它可以随时随地轻松转化为可用的形式。

在加利福尼亚州，氢正在起飞，南加州大学的技术人员可以帮助将其推向市场

虽然由锂离子电池驱动的电动汽车在零排放汽车领域占据主导地位，但氢燃料电池汽车也在路上——尤其是在加州。近年来，金州在氢基础设施方面的投资翻了一番。加利福尼亚州目前拥有全国58个加氢站中的57个，夏威夷是唯一的例外。

“长期以来，关于电动汽车的理想作用一直存在争议，特别是在洛杉矶等城市地区。目标一直是减少由于排放而导致的燃气汽车的使用，如果我们能够建立必要的加油基础设施，氢燃料汽车被视为一种解决方案，“威廉姆斯说。

“如果将锂离子电池与液态或气态氢载体相结合，则可以显着提高燃料续航里程。我们的反应堆可以帮助实现这一目标，“威廉姆斯说，并补充说，与固态电池相比，这些载体的化学成分可以存储更多的能量。

虽然FCEV很重要，但大多数氢气用于液体燃料和精细化学品。加州也在开展可持续航空，去年，在加利福尼亚州派拉蒙的世界能源可持续航空燃料设施宣布了一个20亿美元的扩建项目，标志着一个重要的里程碑。这增加了该设施目前精炼可再生柴油燃料的能力。该设施是北美同类设施中最大的，只要能够获得足够的氢气，它就有望成为氢动力柴油和喷气燃料生产的全球中心。可再生燃料制造正在成为按需制氢的最大用途之一。威廉姆斯在这个机会中看到了新兴南加州大学技术的重要影响潜力。

更多关于： 教师， 教师研究， 新知识， 研究， 解决问题， 可持续性， 顶级研究