易拉罐、海水、咖啡渣，只需这3样就能高效、可持续制氢，这是麻省理工学院一个研究团队日前提出的一项新技术，相关研究一经发布就引起热议。据悉，麻省理工学院机械工程教授道格拉斯·哈特带领的研究团队研发的这项技术，旨在利用铝和海水发生反应生产氢气，整个过程实现更少排放，且制氢成本也颇具竞争优势，如果加入一定量的咖啡因还能使制氢流程提速。
业内指出，该技术巧妙打通了“易拉罐回收”与“清洁制氢”之间的壁垒，在成本与环保维度上展现出令人瞩目的双重效益，不失为一种具有潜力的大规模制氢解决方案。
实现可持续闭环制氢
铝是一种储量丰富且性质稳定的材料，与水接触时会发生简单化学反应，产生氢气和热量。不过，铝与水混合产生氢气的前提是铝需要处于纯净、暴露的状态，但现实情况是，铝一旦接触到氧气即暴露在空气中，表面就会立即形成一层类似屏障的氧化层薄膜，阻碍进一步反应。
哈特团队以此为突破口，找到一个打破氧化层的办法，即利用镓—铟合金去除氧化层使铝呈纯态，进而与海水发生反应并释放出纯氢。咖啡因带来的提速则是意外之喜，哈特团队在一次测试中偶然加入了咖啡渣，结果发现整个制氢流程显著加快。最终研究显示，只要加入一些低浓度咪唑即咖啡因中的一种活性成分，仅需5分钟就可以实现与不加入低浓度咪唑2小时产生的等量氢气。
麻省理工学院机械工程专业博士、该技术主要研究人员阿里·科姆巴吉表示：“使用铝的主要优势之一是其单位体积的能量密度，只需少量铝就有望为氢燃料汽车提供大量动力。”
不过，推动“铝—海”制氢技术规模化应用并实现成本效益和可持续性，需要大量镓—铟合金，这种合金相对昂贵且较为稀有。“我们必须致力于在反应后回收这些合金。”阿里·科姆巴吉坦言，“幸运的是，海水是一种廉价且易得的离子溶液。利用离子溶液吸附并回收镓—铟合金，帮助其沉淀成可舀出并重新利用的形式，从而形成一个可持续的闭环循环流程。再加上咖啡渣，反应速度比单纯海水快得多。”
成本和环保均有优势
从环境角度来看，铝—海制氢技术远低于基于化石燃料的灰氢生产。根据哈特团队计算，该技术每生产1千克氢气仅排放1.45千克二氧化碳，而每生产1千克灰氢则会排放11千克二氧化碳，如果优先使用再生铝，碳足迹仅为原生铝的5%。从成本角度来看，该技术可以比肩绿氢生产，不仅无需高温、高压或复杂提纯，能耗还显著低于电解水。哈特团队指出，该技术生产成本仅9美元/千克，而且可以实现按需生产，减少不必要的浪费。
值得一提的是，该技术在制氢过程中还能产生勃姆石，这是一种具有出色绝缘性能和耐热性能的化学物质，可广泛应用于电子、能源、化工等多个领域，包括电子元件和半导体制造、锂电池隔膜涂层材料等。显然，这无形中又抵消了部分生产成本，还能进一步创造经济价值。
截至目前，全球大部分氢气产量仍来自灰氢，这带来了不容小觑的排放量。油价网汇编数据显示，全球氢气生产每年产生9亿吨二氧化碳排放，超过全球航空业约8亿吨的排放量。
此外，氢能经济效益仍然面临挑战。利用可再生能源生产的绿氢成本，几乎是天然气生产的灰氢的4倍。彭博新能源财经指出，目前全球已宣布和计划中的制氢项目近1600个，但只有12%制氢工厂签订了购氢协议。
“没有哪个理智的项目开发商会在没有买家的情况下开始生产氢气，也没有哪个理智的银行家会在不能合理确信有人会购买氢气的情况下，向项目开发商放贷。”彭博新能源财经分析师马丁·滕格勒表示。
“即产即用”模式可期
氢气极易燃烧，且在空气中浓度达到一定比例时，会形成爆炸性混合气体，因此其为交通工具供能存在一定风险。铝—海制氢技术无需持续运输氢气就能为交通工具供能，这无疑为氢气安全应用带来了更多可能。
哈特团队提出了系统方案，首先将预处理后的铝粒运输到加油站，然后在加油站将铝粒与海水混合，即可按需产生氢气。这一方式不仅降低运输成本，还减少运输挥发性气体所带来的风险。1千克氢气可驱动车辆行驶60—100公里。
眼下，哈特团队正在设计一个可装载约40磅铝粒的小型反应器，可用于船舶或水下航行器。这些铝粒主要由旧易拉罐和其他铝制品回收制成，同时加入少量镓—铟合金和咖啡因，通过吸入周围海水发生反应产生氢气，可为小型水下滑翔机供能约30天。
阿里·科姆巴吉表示：“这对船舶、水下航行器等海事应用来说非常有意义，因为海水随处可得。同时，不必携带氢气罐，只需运输铝作为‘燃料’，加入海水即可产生所需氢气。”
这种“即产即用”的独特供能模式，使其在氢能应用方面拥有更多灵活应用前景。对海运领域而言，通过开发工业级反应器探索万吨级制氢产能，可以为大型远洋船舶提供一种可行的零排放动力解决方案，助力海运业深度脱碳。对分布式供能而言，“铝—海”制氢技术流程相对简单，设备尺寸可灵活调整，非常适合在沿海社区、岛屿、港口等地构建分布式制氢站点，实现氢气就地生产与即时使用。
