- 基爾大學研發新型電解槽，可將食物廢料轉化為氫氣和可持續塑料原料。
- 新電解槽消除了膜的使用，降低了成本和風險。
- 氫氣作為清潔能源載體，能助力重工業去碳化。
- 該技術可減少農業廢物及塑料生產的環境影響。
英國基爾大學的科學家在綠色化學領域取得了雙重勝利。他們開發了一種新型電解槽，能夠將食物廢料同時轉化為兩種高價值產品：綠色氫氣和可持續塑料的原材料。在測試中，該電解槽達到了工業相關的反應速率。如果應用於更大規模，這一技術將極具幫助。食物廢料大約佔全球温室氣體排放的 8%至 10%，而傳統塑料生產每年會產生數億噸二氧化碳和微塑料污染。
新型電解槽的創新設計
該電解槽並非標準型，因為它消除了膜的使用。標準電解槽通過水來分解氫氣和氧氣，氧氣釋放到空氣中，而氫氣則被捕獲用作能源。然而，這一過程存在昂貴的隱患。由於氫氣和氧氣混合會產生爆炸危險，傳統系統使用昂貴的內部膜將兩種氣體分開。這些膜容易損壞，並且需要大量電力才能推動反應。基爾團隊徹底克服了這一問題。研究人員查理·克雷森博士和博士生劉易斯·考辛斯將從食物廢料中提取的“生物質衍生分子”引入系統，改變了化學反應的核心。
該裝置完全停止產生氧氣，沒有氧氣意味著不會有危險的氣體混合，這使得團隊能夠完全去除昂貴的膜。
隨著膜的去除，能源需求大幅下降。克雷森表示：“這項研究是實現使用可再生電力生產無化石燃料塑料的重要一步。這些無膜配置可以以更低的成本和附加價值運行，增強對綠色氫氣和可持續基本建材的獲取。”改變的化學反應也將電池的操作電壓降低至 1.5 V 以下，並在高電流密度下運行（500 mA cm –2）。目前，綠色氫氣在全球氫氣總產量中所佔比例不足 1%，原因在於其高能耗和昂貴的膜材料（通常依賴稀有金屬如鉑和鋨）。
去除膜可能降低資本支出和運營成本。
氫氣的潛在應用
氫氣是一種重要的清潔能源載體，因為它能夠為重工業去碳化，例如鋼鐵、水泥和長途航運。這些行業無法輕易使用電力或重型鋰離子電池。此外，氫氣能夠存儲多個月的多餘太陽能和風能。氫氣儲存有潛力穩定電網並取代全球製造和化學生產中的化石燃料。在塑料行業，這一技術也可能帶來巨大的變化。用食物廢料生物質替代原油衍生物，能同時解決兩個主要環境挑戰。這一方法減少了來自農業食物廢料的填埋廢物，同時抑制了與石油化工塑料生產相關的全球污染和碳排放。
更令人欣慰的是，該系統的工作速度也相當快。新設置在商業速度下實現了反應，同時從電網獲取的電力大大減少。共同作者考辛斯認為，這一發展顯示出智能硬件設計能夠實現巨大的效率提升。“我們的設計有效地證明瞭電解槽配置是改善性能的關鍵，”考辛斯指出。“我們希望這一發展能啟發可持續工程領域的新研究。基爾的團隊可能已經通過改變化學過程的運行方式，為更便宜的零排放燃料和無化石燃料的日常產品鋪平道路。
”這些研究結果已發表於《ACS Electrochemistry》期刊。
項目 規格 操作電壓 1.5 V 以下 高電流密度 500 mA cm –2
新技術如何推動可持續發展
基爾大學的研究顯示，通過創新設計的電解槽能有效轉化食物廢料，這不僅能產生綠色氫氣，還能生產可持續塑料原料。這一技術的突破在於去除膜的設計，降低了運作成本及安全風險，並提高了能源效率。隨著氫氣在清潔能源領域的重要性日益增加，這項研究可能成為未來可持續能源和材料生產的關鍵，促進環境友好的工業轉型。