據外媒報道，美國能源部SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）與斯坦福大學（Stanford University）的研究人員與俄勒岡大學（University of Oregon）以及曼徹斯特城市大學（Manchester Metropolitan University）合作找到了一種方法，通過一個雙模系統(tǒng)與電力匯集海水，以從海洋中提取氫氣。事實證明，該創(chuàng)新設計成功地生成了氫氣，同時沒有產生大量有害的副產品。該項研究成果可能有助于推動低碳燃料的生產。

提取氫氣的雙模系統(tǒng)（圖片來源：SLAC國家加速器實驗室）

 

       氫氣是一種低碳燃料，目前在很多方面都有應用，例如，用于驅動燃料電池車，以及作為一種長時間儲能燃料，其適用于為電網存儲數周、數月或更長時間的能量。

 

       研究人員表示，很多人嘗試制造氫氣都是使用淡水或淡化水，但此類方式既貴又耗能。經過處理的水更容易處理因為其含有更少的物質（化學元素或分子）漂浮在周圍。不過，凈化水非常昂貴，還需要能源，并且增加了設備的復雜性。另一種選擇是采用天然淡水。淡水除了是地球上的有限資源外，還含有一些雜質，對于現代氫氣提取技術而言也是個問題。

 

       為了處理海水，研究小組采用了一個雙極（雙層）薄膜系統(tǒng)，并采用電解（一種用電來驅動離子或帶電元素以進行預期反應的方法）對其進行測試。研究人員通過控制海水系統(tǒng)中最有害的元素——氯化物，來開始進行設計。

 

       實驗中的雙極膜系統(tǒng)可獲得制造氫氣所需的條件，并減輕氯離子進入反應中心的危險。

 

       理想的薄膜系統(tǒng)主要有三個功能：從海水中分離氫氣與氧氣；幫助移動有用的氫離子與氧離子，同時限制其他海水離子；幫助防止不必要的反應。這三種功能結合在一起是很困難的，研究團隊的研究目標就是探索將這三種需求有效結合的系統(tǒng)。

 

       具體而言，在實驗中，質子，即正氫離子，穿過其中一層膜，到達一個地方，在該位置，它們被收集起來，并通過與負電荷電極（陰極）相互作用變成氫氣。系統(tǒng)中的第二層膜只允許氯化物等負離子穿過。

 

       斯坦福大學化學工程學院研究生Daniela Marin表示，作為額外的保障，一層膜包含固定在膜上的負電荷基團，從而使得氯離子等其他帶負電荷的離子更難移動到它們不該去的地方。在研究小組的實驗中，此種帶有負電荷的薄膜被證明可以高效地阻擋幾乎所有氯離子，而且該系統(tǒng)的運行不會產生漂白劑和氯等有毒副產品。

 

       研究人員表示，除了設計海水-氫膜系統(tǒng)之外，該研究還對海水離子如何穿過薄膜提供了更好的理解。這些知識可以幫助科學家設計出更強大的薄膜，以用于其他用途，如用于生產氧氣。

 

       接下來，該團隊計劃通過采用更豐富、更容易開采的材料來改進電機和膜。該團隊表示，此種設計的改進可以使電解系統(tǒng)更容易擴展應用到能源密集型行業(yè)（如交通部門），以產生氫氣。