木糖制氫 美國(guó)氫燃料電池技術(shù)獲重大突破

弗吉尼亞理工大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)從植物原料中有效提取氫的方法，克服了氫燃料電池技術(shù)中的幾大障礙之一。正是這些障礙導(dǎo)致奧巴馬政府將氫燃料電池技術(shù)擱置一邊。

“我們認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)會(huì)改變可替代能源行業(yè)的游戲規(guī)則。”弗吉尼亞理工大學(xué)生物系統(tǒng)工程系副教授珀西瓦爾·張表示。張帶領(lǐng)弗吉尼亞理工大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了從木糖中制備大量氫氣的方法。木糖是一種廣泛存在于自然界中的單糖，植物細(xì)胞壁的30%由其構(gòu)成。

傳統(tǒng)上，氫通過(guò)對(duì)天然氣的汽化重整來(lái)制取，這一過(guò)程會(huì)浪費(fèi)掉儲(chǔ)存于天然氣中的一部分能量，同時(shí)釋放出大量的二氧化碳。美國(guó)能源部長(zhǎng)朱棣文曾表示，汽車(chē)行業(yè)氫燃料電池技術(shù)面臨的四大障礙中，氫的傳統(tǒng)來(lái)源是第一個(gè)障礙。

在弗吉尼亞理工大學(xué)，張一直在研究利用酶從植物生物質(zhì)中提取氫的方法。該團(tuán)隊(duì)將木糖放入含有13種酶的混合液體中，在低溫條件下得到了氫氣，這是一個(gè)突破。研究報(bào)告稱(chēng)：

“為了產(chǎn)生氫氣，弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家們從原生微生物中分離出多種酶，制成無(wú)法在自然界中獲取的特制的多酶混合液。這些酶在與木糖和一種多磷酸鹽結(jié)合時(shí)，會(huì)從木糖中釋放出氫氣，產(chǎn)量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子，生產(chǎn)出高純度的氫氣，可直接用于質(zhì)子交換膜燃料電池。更具吸引力的是，這一反應(yīng)可在較低溫度下發(fā)生，產(chǎn)生的氫能比木糖和多磷酸鹽中儲(chǔ)存的化學(xué)能還要高。該結(jié)果的能效超過(guò)了100%——是一種凈能量增益。這意味著低溫下浪費(fèi)的熱能首次可用于生產(chǎn)高能量的氫氣?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)得到了喬納森·米倫茨的認(rèn)可，他是橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室生物科學(xué)部的小組領(lǐng)導(dǎo)。“這一令人興奮的發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵之處在于張使用了植物中分布第二廣泛的糖制取氫氣。這使氫的制取具有重要的額外好處，它降低了從生物質(zhì)中制氫的整體成本?！?/p>

米倫茨預(yù)計(jì)張的工藝能在3年后發(fā)展成為價(jià)值達(dá)1 000億美元的制氫市場(chǎng)。即使這一預(yù)測(cè)能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，朱棣文仍然提到了氫燃料電池技術(shù)面臨的另外三個(gè)障礙：

“在運(yùn)輸方面，我們還沒(méi)找到理想的儲(chǔ)存辦法。壓縮氫氣是目前最好的辦法，但它需要占用非常大的容積。我們還沒(méi)想出如何儲(chǔ)存高濃度的氫。還有什么？氫燃料電池還未發(fā)展成熟，輸送氫氣的基礎(chǔ)設(shè)施也不足。如要推廣氫燃料電池的使用，你需要取得四項(xiàng)重大的技術(shù)突破?！?/p>

雖然削減了氫燃料電池項(xiàng)目的費(fèi)用，美國(guó)能源部在攻克這些障礙方面仍取得了一些進(jìn)展。例如，它最近發(fā)布了一份關(guān)于運(yùn)輸氫氣的可行性報(bào)告，辦法是將氫氣混入現(xiàn)有的天然氣管道設(shè)施中?！霸诟L(zhǎng)久的未來(lái)，在上游注入氫氣然后在下游提取氫氣以供燃料電池電動(dòng)汽車(chē)或固定式燃料電池使用時(shí)，混和可能會(huì)為氫氣的運(yùn)送提供經(jīng)濟(jì)的方式。”該報(bào)告總結(jié)說(shuō)。