制氢技术的进展

要使氢能成为广泛使用的能源,首先要解决廉价易行的制氢技术。

目前工业上制氢的方法主要是水煤气法和电解水法,由于这两种方法耗能大,且前者依然离不开化石燃料,所以说不上是有前途的制氢技术。

目前最有前途的制氢方法被认为是太阳光分解水制氢(简称光解水).

一是光电化学电池分解水制氢法。其原理是,在催化剂存在时,吸收太阳光辐射使水分解为氢气和氧气。

H₂O(l)===H₂(g)+1/2O₂(g)

植物的光合作用是在叶绿素上进行的。1968年,科学家发现了"叶绿素脂双层膜"的光电效应,从而证明了光合作用过程的半导体电化学机理。受此启发,将二氧化钛TiO₂晶体电极和铂黑Pt电极浸在水中,组成光电化学电池。当太阳光辐射半导体材料二氧化钛表面时,因光电效应产生的电流将水分解,释放出氢气。这一方法是由日本科学家本多等人于1972年发现的。但二氧化钛只能吸收太阳光中紫外和近紫外部分,所以能量转换率还不到1%。近年来,研制成功用钛酸锶晶体及氧化钨晶体作阳极,效率分别达到20%和40%。由此可见,选择高效型的电极材料是提高转换率的关键。

二是生物制氢。其原理是,模拟叶绿素植物的光合作用,并使光合作用仅仅停留在分解水的阶段。美、英、俄等国科学家先后发明了叶绿体制氢装置。在实验室中用1克叶绿素,1小时可产生出1dm³氢气,并且能量转换率高达75%。

近年来,人们还发现江河湖海里的藻类低等植物,有些也具有以水制氢的能力。如美国科学家加弗隆发现一种蓝绿色的藻类,其光合作用非常特殊,不是像一般植物那样,把二氧化碳转变为氧气,而是通过光和菌的作用把水转变为氢气。迄今,人们已找到了一些具有类似功能的微生物,如小球藻、固氮蓝藻、柱孢鱼腥藻和它的共生植物红萍等。

日本通产省自1991年起实施了为期8年的高效制氢的国际研究开发计划,着重研究制氢的光合细菌和藻类,查明其生产机理,以便工业实用化。