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新型電解水取代貴金屬成製氫催化劑 加速氫能源商轉

作為宇宙中最豐富資源之一,元素一旦轉化為動力來源,其副產品只有水(H2O),不會產生二氧化碳(CO2),因此,被視為可再生能源,然而,並不是每一種氫都是清潔能源,由碳氫化合物製成的「灰氫」最便宜,但該化合物為不可再生能源,一旦吸入人體,會造成極大傷害,常用於清潔用品;「藍氫」類似灰氫,透過捕捉二氧化碳再行轉換,但成本昂貴;「綠灰氫」原料為天然氣,透過熱分解方式製成,過程中需要大量燃料與產生熱能,同樣不符成本;「綠氫」透過電解方式催化,將水分子分離成氫與氧分子,最具使地球「脫碳」的潛力,因此科學家積極尋找便宜的催化劑,同時發展能完全利用綠氫驅動的發動機原型。

近來,隨著研究成果陸續公布,有望加速氫經濟的實現。
 
香港城市大學開發一種基於二維礦物凝膠奈米片(two-dimensional mineral gel nanosheet)的催化劑,由於不含貴金屬,有助於以較低的價格量產
氫氣。實驗結果發現,此種新型催化劑在產反應 (Hydrogen Evolution Reaction, HER)中具出色的電催化活性和長期耐受性,結果穩定且能維持600小時,能在使用最少催化劑的情況下最大化原子效率。此發現已發表於Nature Communication期刊中。
 
同樣為了克服商用鉑基電催化劑的高成本問題,該校另一團隊透過奈米結構合金設計,開發一種低成本、高效能的電催化劑。首先,他們根據非晶質成相能力(amorphous forming ability, GFA)預測了晶質與非晶質雙相形成的範圍。接著使用磁控共濺射(magnetron co-sputtering)的方法,成功研發具有晶質與非晶質雙相奈米結構的鋁基合金電催化劑。除了選取鋁而非貴金屬作為催化劑的主要成分,同時選取了比鉑(Pt)更便宜的金屬—釕(Ru),成本比商用鉑基電催化劑便宜。該結果發表於Science Advances期刊中。
 
除了學界,勞斯萊斯亦於2022年11月與廉航「易捷」(EasyJet)共同宣佈成功測試以液態氫作為動力的飛機,該引擎代號為AE 2100A,證明綠氫成為航空器的動力的可行性。綠氫是由位於英國蘇格蘭奧克尼群島(Orkney)的歐洲海洋能源中心(European Marine Energy Centre)所生產。該測試對於航空業於2050年實現淨零排放目標邁出重要一步。接下來,勞斯萊斯預計將該引擎安裝在貨運飛機上進行測試。