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新技术将氨无缝转化为绿色氢

西北大学的研究人员已经开发出一种高效,环保的方法,可将氨转化为氢气。这项新技术在《焦耳》杂志的最新出版物中进行了概述,是实现零污染,氢燃料经济的重要一步。

近年来,使用氨作为输送氢的载体的想法越来越受到关注,因为氨比氢更容易液化,因此更易于储存和运输。美国西北航空公司的技术突破克服了现有的几种由氨生产清洁氢气的障碍。

该研究的主要作者索西纳·海尔说:“氢燃料电池的弊端在于缺乏运输基础设施。” “运输氢气既困难又昂贵,但是已经有一个广泛的氨气输送系统。它有管道。我们向全世界输送大量的氨用于肥料。如果给我们氨气,我们开发的电化学系统可以将其转化为氨气。氨到燃料电池,可在任何规模的现场清洁氢气。”

Haile是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系的Walter P. Murphy教授,另外还聘用了应用物理和化学专业。她还是西北大学全校可持续发展与能源研究所的联合主任。

在这项研究中,Haile及其研究小组报告说,他们能够使用可再生电力而不是化石燃料热能来进行氨到氢的转化,因为该过程的温度远低于传统方法的温度(250摄氏度,而不是250摄氏度)。 500到600摄氏度)。第二,新技术产生的纯氢不需要与任何未反应的氨或其他产品分离。第三,该过程是有效的,因为提供给设备的所有电流都直接产生氢,而不会造成任何寄生反应。另外一个优点是,由于产生的氢气是纯净的,因此可以通过简单地增加电功率将其直接加压以进行高密度存储。

为了完成转化,研究人员用质子传导膜构建了一个独特的电化学电池,并将其与氨分解催化剂整合在一起。

海尔说:“氨气首先遇到将其分解成氮气和氢气的催化剂。” “氢立即被转化为质子,然后被电驱动穿过我们电化学电池中的质子传导膜。通过不断地抽出氢,我们推动反应进一步进行。这就是勒查特利尔原理。通过除去氨分解反应的产物之一,即氢气,我们使反应向前推进,超出了氨分解催化剂单独可以完成的能力。”

然后,由氨分解产生的氢可用于燃料电池中。像电池一样,燃料电池通过转换化学反应产生的能量来产生电能。与电池不同,燃料电池只要提供燃料就可以发电,而不会失去电荷。氢是一种清洁燃料,当在燃料电池中消耗时,会产生水作为其唯一的副产物。与之相反的是化石燃料,后者会产生气候变化的温室气体,例如二氧化碳,甲烷和一氧化二氮。

Haile预测,这项新技术在交通运输领域可能会特别具有变革性。2018年,汽车,卡车,火车,轮船,飞机和其他车辆引起的人员和货物流动占美国温室气体排放量的28%,比美国任何其他经济部门都要多。

海尔说:“电池驱动的汽车很棒,但范围和材料供应肯定存在问题。” “将氨在现场以分布式方式转化为氢气将使您能够开车进入加油站并为汽车获得加压的氢气。由于电池太重,因此航空业对氢气燃料电池的兴趣也越来越高。”

多年来,Haile和她的团队在燃料电池领域取得了重大进展。作为工作的下一步,他们正在探索以环保方式生产氨的新方法。

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