普林斯頓突破：美國科學家利用廢水制造氫燃料

該方法降低了氫燃料生產所需清潔水的高昂成本和環境壓力。

普林斯頓大學研究團隊找到了一種方法，在電解生產"綠色"氫氣的過程中，使用再生廢水替代超純水。

這一改變降低了氫燃料生產所需清潔水的高昂成本和環境壓力。

"氫能基礎設施通常與當地淡水使用存在競爭關系，"該資深研究作者任智勇（音譯）教授于10月28日表示。"但每個城鎮都有污水處理廠，這對于氫經濟來說是一個非常分布式的水源，"兼任土木與環境工程教授的任智勇補充道。

解決現有廢水利用難題

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

然而，這個過程通常需要昂貴的超純水，以防止雜質損壞電解槽內專用的薄膜。

研究人員致力于繞開生產綠色氫氣所需的昂貴水凈化過程。為了這種可持續的方法，他們測試使用"再生廢水"來代替自來水。

再生廢水是經過處理的、適合排放或用于灌溉、工業冷卻等非飲用用途的水。

這種方法以前曾有人嘗試過，但那些使用廢水的努力很快就失敗了。

為了解決這個問題，該團隊首先分析了在標準商業電解槽中系統失敗的原因，這為他們設計新的解決方案提供了依據。

實驗使用了質子交換膜水電解槽，這是目前使用超純水的標準商業技術。

研究發現，之前的嘗試失敗是因為廢水中的鈣、鎂離子（常見的水垢礦物質）附著在電解槽的質子交換膜上。這阻礙了離子傳輸，并導致性能迅速下降。

降低能源需求

普林斯頓團隊通過用硫酸酸化再生廢水解決了這個問題。

這種緩沖液作為豐富的質子源，能夠勝過那些有問題的鈣、鎂離子。

該步驟成功地維持了離子在膜上的傳導性，保持了必要的電流，并最終實現了系統的持續產氫而不發生故障。

"去除所有那些離子以獲得進入電解槽的超純水成本很高，"任教授說。"現在，你只需將其酸化一點，然后就可以將含有離子的水送入電解槽，并且它能持續運行超過300小時而沒有出現明顯問題。"

所使用的酸會持續循環，這意味著它永遠不會離開系統。這一點很重要，因為它既帶來了環境效益，又節省了成本。

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，與水處理相關的能源成本可降低約62%。

該團隊目前正與行業合作伙伴合作，以在更大規模上并使用預處理過的海水來測試這種方法。

他們也在進行宏觀規劃，此前曾發布一項研究，確定了在美國境內將制氫設施與污水處理廠配套建設的理想地點。

這項研究推動氫能變得可行，以在鋼鐵和化肥制造等難以電氣化的領域減少碳排放。

該研究結果發表在《水研究》期刊上。

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