随着可再生电力成本的持续下降，通过水电解生产绿色氢 (H2) 作为全球能源系统脱碳的一种手段正在加快步伐。由于电解超纯淡水的必要性和盐水的广泛可用性，大量研究工作致力于开发用于大规模生产绿色 H 2的直接盐水电解技术。

本文将探讨从盐水中生产绿色氢气的可能性，这是一项有助于加速可持续发展的具有挑战性的举措。

绿色氢及其对淡水源的影响

绿色氢是一种可持续的能源载体，可以通过水电解直接生产，有可能替代化石燃料实现碳中和。可再生能源用于从水中生产氢气。因此，其生产不含温室气体和碳捕获技术。

1公斤绿色氢气中储存的能量几乎是天然气的2.5倍。自 19世纪以来，这种气体已被用于车辆、飞艇和航天器燃料电池。

在不久的将来，绿色氢将取代化石燃料，为几乎所有事物提供能源，从汽车到建筑。然而，在全球范围内生产氢气可能会使淡水资源紧张，以供饮用和在许多工业过程中使用。

由于其巨大的储量，通过可再生电力电解盐水以产生绿色氢气现在被认为是可持续能源的有希望的竞争者。

电极腐蚀

有效的水分离依赖于催化电极，需要在基本条件下使用纯水以防止变质。海水含有有机物和溶解盐，例如氯化钠，它们会腐蚀典型的催化剂，从而缩短系统的使用寿命。

通过盐水电解生产绿色氢燃料的工业制造受到昂贵的脱盐和净化技术的阻碍，该技术无法为高效电解提供大量清洁的去离子水。

努力使盐水绿色制氢可行

1.电极涂层

斯坦福大学研究员戴宏杰和他的团队旨在寻找一种技术，以防止海水因含盐量高而腐蚀水下阳极。他们发现用丰富的负电荷层覆盖阳极可以减少底层金属的分解。

他们使用铁、氢氧化镍和硫化镍来形成带负电荷的涂层，在电解过程中保护阳极。结果，他们可以通过多层装置产生十倍的电力，加速从盐水中产生氢气。

2.半透膜盐水电解

由埃文·普格 (Evan Pugh) 和布鲁斯·洛根 (Bruce Logan) 领导的研究人员成功地将海水分解成绿色氢气。

这个过程中的预脱盐过程成本很高。然而，该团队通过在反渗透处理中使用薄的半透膜过滤水来降低成本。

反渗透膜取代了电解槽中常见的离子交换膜。反渗透的工作原理是对水施加很大的压力并迫使其通过膜，同时留下氯离子。

3.防止离子复合的铂催化剂

陕西师范大学和斯威本大学转化原子材料中心的科学家们创造了一种新型催化剂，可以通过太阳能从海水中合成绿色氢。

研究人员设计了 Ocean-H 2 -Rig 原型以使用这种新催化剂。它可以从漂浮在水面上的盐水中制造绿色氢气。

在典型的光催化剂中，当电子和空穴响应太阳光而分离时，水会分解成氢和氧。分离的电子和空穴往往会再次结合，从而大大降低了光催化活性和氢合成效率。

在这项工作中创建的单原子铂催化剂成功地提取了光生电子，防止了不希望的复合。它显着提高了氢气生产的效率。

这种可重复使用的催化剂是有史以来最有效的催化剂之一，因为它可以促进高效的氢气生成，在 LED-550 照明下具有 22.2% 的出色量子产率。

4.通过正向渗透电解盐水

哈佛研究人员成功地使用正向渗透将盐水分离成清洁的氢气和氧气。他们通过正向渗透和电化学水分解产生氢气，这对于储存可再生能源很有用。

研究人员增强了渗透的自然机制，以从海洋等自然资源中收集清洁水。由于该技术可以使用盐水，因此不需要单独的净水系统。

盐水绿色制氢的未来

海水是一种天然丰富的资源，因此，通过电解生产绿色氢气可以在一定程度上帮助解决世界当前的能源危机。然而，盐水对电极的腐蚀阻碍了绿氢的大规模生产。

因此，迫切需要能够避免或承受氯化物腐蚀和在电极上形成沉淀物的强大而有效的电催化剂技术。尽管尚未实现长期稳定性和选择性，但在海水电解方面已经进行了相当多的尝试。