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(shù)生產(chǎn)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(fā)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(jié)合海水、回收的汽水罐和***來生產(chǎn)氫氣。當時的問題是，桌面工藝能否在工業(yè)規(guī)模上應用，以及環(huán)境成本是多少。

　　現(xiàn)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(yè)規(guī)?？紤]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(chǎn)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(fā)動機或燃料電池汽車。他們發(fā)現(xiàn)，從端到端，新工藝產(chǎn)生的碳排放量只相當于傳統(tǒng)制氫工藝的一小部分。

　　在今天發(fā)表在《Cell Reports Sustainability》上的一項研究中，研究小組報告說，每產(chǎn)生一公斤氫，在整個生命周期內(nèi)，該過程將產(chǎn)生1.45公斤二氧化碳。相比之下，以化石燃料為基礎的生產(chǎn)過程每生產(chǎn)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(shù)（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(yè)，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(nèi)。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(tǒng)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(fā)生反應。發(fā)生的反應涉及到鋁原子，它有效地分解水分子，產(chǎn)生氧化鋁和純氫。不需要太多的金屬就能產(chǎn)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(fā)了一種鋁基制氫的配方。他們發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(chǎn)生更多的氫，從而節(jié)省成本，實現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)。

　　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(xù)的循環(huán)

　　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(huán)境影響，從采購鋁到生產(chǎn)后運輸氫的每一步。他們開始計算與產(chǎn)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(chǎn)品和工藝及其相關碳排放的大型存儲庫中提取數(shù)據(jù)。該團隊考慮了多種使用鋁生產(chǎn)氫的方案，從地球開采的“原”鋁開始，到從汽水罐和其他產(chǎn)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(jié)省大量的排放。他們發(fā)現(xiàn)，在這種情況下，從開始到結(jié)束，每產(chǎn)生一公斤氫，就會產(chǎn)生大約1.45公斤的二氧化碳。據(jù)他們計算，生產(chǎn)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(shù)產(chǎn)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(yè)規(guī)模，它將是這樣的：生產(chǎn)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(fā)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(jù)需要將海水與鋁混合，產(chǎn)生氫氣。然后，消費者可以直接將氫氣注入內(nèi)燃機或使用燃料電池的汽車中。

　　整個過程會產(chǎn)生一種以鋁為基礎的副產(chǎn)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(yè)產(chǎn)品。Kombargi說，如果這種副產(chǎn)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(huán)境上是可持續(xù)的。”

　　該組織正在繼續(xù)發(fā)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(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）