當(dāng)前綠色氫氣生產(chǎn)面臨的挑戰(zhàn)

綠色氫氣生產(chǎn)被譽(yù)為可持續(xù)能源未來的基石，但其廣泛應(yīng)用仍面臨諸多障礙。主要挑戰(zhàn)在于傳統(tǒng)的氫氣生產(chǎn)方法，該方法主要排放二氧化碳 (CO2)，抵消了這種清潔燃料的環(huán)境效益。此外，雖然太陽能和風(fēng)能等可再生能源有望實(shí)現(xiàn)更清潔的能源方式，但由于天氣和溫度條件波動(dòng)導(dǎo)致發(fā)電不穩(wěn)定，因此效率低下。

另一個(gè)重大挑戰(zhàn)是，目前的系統(tǒng)需要貴金屬催化劑，而這在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面都代價(jià)高昂。這些催化劑會(huì)隨著時(shí)間的推移迅速降解，從而降低制氫系統(tǒng)的效率和使用壽命。此外，傳統(tǒng)系統(tǒng)存在的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也帶來了安全隱患，必須加以解決才能確保實(shí)際應(yīng)用。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院克服挑戰(zhàn)的創(chuàng)新解決方案

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST) 的研究人員開發(fā)了一種新型制氫系統(tǒng)，有望徹底改變這一領(lǐng)域。該系統(tǒng)由材料科學(xué)與工程系的姜江久教授及其團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)，采用基于高性能鋅空氣電池的自供電機(jī)制。

這項(xiàng)創(chuàng)新的基石是開發(fā)一種名為 G-SHELL 的非貴金屬催化劑。該催化劑采用在氧化石墨烯上生長(zhǎng)的納米級(jí)金屬有機(jī)骨架合成，可有效用于多種催化反應(yīng)，包括氧氣生成、氫氣生成和氧氣還原。通過消除對(duì)貴金屬的依賴，該系統(tǒng)可顯著降低成本并延長(zhǎng)催化材料的使用壽命。

此外，鋅空氣電池具有較高的能量密度和優(yōu)異的輸出特性，即使在長(zhǎng)期充放電循環(huán)下也能保證穩(wěn)定運(yùn)行。水溶性電解質(zhì)的使用降低了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，為制氫過程增加了一層安全性。