清潔氫氣的案例
英國首次使用清潔氫氣生產工業石灰
該項目展示了使用氫氣替代天然氣，并作為可行燃料商業化生產石灰的潛力。
據悉，巴克斯頓附近的屯斯特是歐洲最大的礦場。在屯斯特基地，Tarmac公司對不同替代能源進行多次試驗，最終利用氫技術實現了100%替代天然氣。采用氫技術生產石灰的過程中，燃料燃燒并不會產生二氧化碳，只釋放出水蒸氣。與1990年基準水平相比，在過去5年，Tarmac成功將每噸工業產品的二氧化碳排放量減少了24%。該公司計劃，到2030年將每噸產品的二氧化碳排放量減少45%，到2050年實現凈零排放。
“這次試驗表明，石灰生產可以并且將成為未來凈零社會的一部分。”管理整個項目的英國礦物產品協會能源和氣候變化主任Diana Casey說道，“現在需要的是投資和基礎設施的發展，使這項技術能夠在全國各地實現商業化規模。”
英國政府能源、清潔增長和氣候變化部長Greg Hands表示，“在280萬英鎊的政府資金支持下，這個項目正在幫助工業擺脫化石燃料，并削減能源開支。”
凈零試驗項目由英國商業、能源和工業戰略部(BEIS)資助，同時也是英國礦物產品協會的燃料替代試驗中的一部分。在該項目中，英國還在其西北部蘭開夏郡的里布爾斯代爾一家工廠，展示了利用氫氣、肉和骨粉以及生物柴油工業副產品，為水泥窯的主燃燒器提供燃料。此外，在屯斯特的一家水泥廠，英國還研究使用等離子體能量來加熱分解爐。
前述多個項目結果將作為實踐范例，分享給英國乃至全球的石灰、水泥生產商以及其他能源密集型行業，其目的是推廣和最大化相關技術的環境效益。
來源：澎湃新聞
展開 南京林業大學荊宇教授課題組AM：二維honeycomb-kagome聚合物作為光解水催化劑的理論研究
光解水制氫是利用太陽能制備清潔能源氫氣的理想途徑，其技術的關鍵在于高效光催化劑的開發。二維聚合物半導體材料具有較大的比表面積、超薄的厚度和多孔結構，在光照條件下不僅可以快速實現光子的有效吸收，還可以極大地抑制光生電子與空穴的復合，使其就地參與表面水的氧化還原反應，因此被認為是理想的光解水催化劑。然而已知的二維聚合物結構中只有少數可以實現光催化析氧反應，同時多孔框架結構通常缺乏有效的電子共軛作用進而很難實現有效的電荷傳輸和載流子解離。因此設計并開發具有合適的電子和光學性質的二維共軛聚合物光催化劑仍然極具挑戰。
圖1. 不同雜原子三角烯分子 a) CTPB, b) OTPB, c) MTPB, d) DTPB, e) CTPA, f) OTPA,] g) MTPA, h) DTPA 的球棒結構圖及其構成的二維聚合物單層 i) 結構示意圖。
此前，荊宇教授及合作者基于第一性原理計算設計了一系列以雜原子三角烯分子為單體（圖1）構成的二維共軛聚合物結構 (J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 743)。該類結構同時具有honeycomb晶格（圖2a）和kagome晶格（圖2b）。盡管雜原子中心之間的距離在1nm以上，但其構成的honeycomb晶格仍然表現出了典型的狄拉克錐電子學特征，而 kagome 晶格則致使材料的能帶結構表現出了平帶特性（圖2c）。計算表明這些二維雜原子三角烯聚合物不僅具有合適的帶隙和很高的載流子遷移率，還可以根據中心原子的不同呈現出截然不同的電子學性質。
展開 終極能源的氫氣安全檢測傳感器推薦
氫元素常見的單質（由同種元素組成的純凈物）是氫氣，分子式為H2，是最輕的氣體。1671年，化學家羅伯特·波義爾發現鐵（Fe）屑和稀釋酸之間會發生反應，并產生氣體，也就是氫氣。歷史上，最先對氫氣進行過系統性研究的科學家，是英國科學家卡文迪什，除了研究氫氣外，卡文迪什另一個重要的工作是測定地球密度和萬有引力常量。1766年，卡文迪什用鐵（Fe）和鋅（Zn）等與鹽酸及稀硫酸反應的方法制取氫氣，并將氫氣用水銀槽法收集起來。
他還發現，氫氣與空氣混合點燃會發生爆炸。所以卡文迪什稱這種氣體為“可燃空氣”。并指出，這種氣體比普通空氣輕11倍，并且不溶于水。1784年，卡文迪什發現氫和空氣混合爆炸后有液體產生，接著用多種不同比例的氫和空氣的混合物進行實驗，斷定所生成的液體是水，且定量地確認大約2體積氫氣與1體積氧氣恰好化合成水。三年后，法國化學家拉瓦錫正式確認氫是一種元素，并將這種氫氣命名為“hydrogen”，“hydro”的意思是水，“gen”表示生成，所以氫的含義是“水的生成者”。不論是作為構成各種各樣物質的元素的基礎，還是作為生命之源——水的生成者，氫元素確確實實可以被稱作“萬物之源”。
氫氣作為最清潔環保的燃料，燃燒的時候只產生水，可實現完全的零排放，能夠真正體現綠色、低碳、可持續發展的原則。除了作為清潔能源，氫氣在許多領域都顯得舉足輕重：
1.作為保護氣體。電子材料、半導體材料和器件、集成電路以及電真空器件生產中，都需要高純氫做還原氣、攜帶氣和保護氣。
2.用于還原金屬。在冶金工業中，有色金屬如：鎢、鉬、鈦等生產和加工過程中，使用氫作還原劑和保護氣。在硅鋼片、磁性材料和磁性合金生產中，也需要高純氫氣作保護氣，以提高磁性和穩定性。在精密合金退火、粉末冶金生產過程中，薄板和帶鋼軋制中常用氫-氮做保護氣。
3.用于食品貯存。
展開 氫：儲能的未來？
例如，在需求疲弱時段內產生的多余可再生電力，可以轉而為電解機提供動力來制氫，被儲存起來的氫等于一種無碳清潔能源的長期儲能方式，以便在未來需求最旺盛時供調度分發。
截選自英國《金融時報》報道
文章稱，德國公用事業公司Uniper希望用每天產量最高四個小時內產生的可再生電力來制造氫氣，以儲存在漢堡市的地下建筑物中，這些建筑物以前曾用來儲存天然氣。
公司前首席執行官Andreas Schierenbeck承認，該項目依賴于獲得政府補貼，但能交易所儲存的氫，可出售給工業客戶，或提供給負有調峰使命的尖峰負載發電廠（Peaker plant）來發電使用。
上文提到的氫能理事會執行董事Daryl Wilson表示：“可再生能源的間歇性是一個問題，需要一些大的儲存容器來平滑風能和太陽能的輸出，而氫能就是那個非常大的容器。”
三菱電力美洲公司首席執行官Paul Browning也稱，綠色氫能與其他蓄能形式相比具有競爭力：
“如果可再生能源在發電組合中占最大份額，則對長期存儲的需求將變得更加迫切；太陽能和風能不會一直運行，而鋰離子電池會在數小時內耗盡。”
當然，通過清潔能源生產氫氣、儲存起來、再使用氫來發電的整個過程被指“效率低下且價格昂貴”。在電解水來制造氫氣以及在渦輪機中燃燒這些氫氣時都會損失能量，麻省理工學院能源技術研究院的科學家Dharik Mallapragada稱，整個過程產生的電能還不到一開始投入時的40%。
這令利用電力制造氫氣、然后再用氫氣來發電被一些業內人士稱為“愚蠢之舉”。在基于氫的燃料電池問題上，特斯拉CEO馬斯克在2015年就曾表示，氫燃料汽車在新能源汽車領域中與電動車的較量毫無勝算，根本不足為懼，并稱做燃料電池汽車是一個“令人難以置信的愚蠢”行為。
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東北林大《AFM》：用木材，制備出低成本高效水分解電極！
由于氫氣具有很高的能量密度，而且在加工過程中對環境的影響可以忽略不計，因此通過電化學裂水從水中生產清潔的氫氣和氧氣特別有吸引力。陽極析氧反應(OER)和陰極析氫反應(HER)涉及的兩個電化學裂水反應都需要大量的活化過電位(η)。
來自東北林業大學，美國馬里蘭大學等單位的研究人員利用廉價、環保的木材基材，采用一步煅燒的方法將Co-Ni二元納米粒子沉積到定向的木材通道中，制備了一種高效的炭化木材電極(簡稱Co/Ni-CW)，并對Co/Ni-CW電極進行了研究。結果表明，Co/Ni-CW電極具有良好的電化學性質。相關論文發布在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202010951
本文通過木材基體上的羥基與浸泡金屬離子之間的配位鍵，得到了分布均勻的Co-Ni納米粒子。
隨后，高溫煅燒促進了Co-Ni納米粒子的形核和CW的形成。
由于Co-Ni納米粒子的均勻分布和多孔的木材結構不僅具有高活
性的表面積，而且增強了電子和質量擴散路徑。
因此，所制備的Co/Ni-CW a
?
在330mV和157mV的低過電位下分別具有10 mA cm
-2
的析氧電流密度和157mV的析氫電流密度。
值得注意的是，當木基雙功能電催化劑同時用作陽極和陰極時，需要1.64V的低電池電壓才能達到10 mA cm
-2
的電流密度。
與大多數用于雙功能電催化劑的底物相比，木基催化劑的豐度、低成本、環保和易操作等特點使得它可以作為分解水和許多其他儲能裝置的活性電極和可擴展電極。
展開 南洋理工《AFM》：一種高精度低成本退火技術，能快速碳化MOF！
氫氣是一種可再生、環境友好的能源，已成為加劇大氣污染的化石燃料的最有前途的替代品之一。電化學分水是一種可持續發展的生產氫氣的清潔能源，在能源轉換和儲能技術中發揮著重要作用。傳統的電催化金屬-有機骨架(MOF)熱轉化需要高溫、惰性氣氛、持續時間長，導致金屬顆粒嚴重聚集，多孔結構不均勻。
來自南洋理工大學等單位的研究人員，介紹了一種高精度、低成本的激光誘導退火(LIA)技術，它能消除顆粒聚集，快速生成均勻的結構，且活性中心曝光率高，可在常溫下幾分鐘內碳化導電襯底上的MOF。通過系統地設計具有8個和12個襯底的MOF，成功地制作了一系列尺寸可控、柔性好的LIA-MOF/襯底器件。更多精彩視頻抖音搜索“材料科學網”，相關成果發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202102648
這些LIA-MOF/襯底器件可以直接用作工作電極。值得注意的是，泡沫鎳上的LiA-MIL-101(Fe)在電流密度為50 mA cm?2時的超低過電位為225mV，在50h內表現出良好的析氧穩定性，表現出優于最新報道的過渡金屬基電催化劑和商用RuO2的性能。物理表征和理論計算表明，LiA-MIL-101(Fe)的高活性源于激光處理過程中形成的Ni摻雜Fe3O4覆蓋層對中間體的良好吸附。此外，還組裝了LIA-MOF/襯底器件，以實現整體的水分解。提出的直線感應加熱策略為制造可伸縮的儲能和轉換設備提供了一條低成本、低成本的途徑。
展開 解讀｜全面解讀新能源汽車電池技術的發展歷程和趨勢
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氫燃料電池
大家都知道H2＋O2燃燒最終得到的水，所以氫氣是非常理想的清潔能源。就氫氣本身來說，燃燒可以釋放大量的能量、低溫表現上佳，最重要的加氫的效率高，加氫只需5分鐘就能行駛超過600公里，并且這個數據還有提升的空間，以上這些都要遠遠優于現有的鋰電池。
關于氫燃料電池車投入方面，日、韓兩國的車企早就開始了研究，如今已經小范圍投入到了各自國家的市場中，如筆者春節前試駕的現代NEXO氫燃料電池車，已經大量用于平昌冬奧會并上市銷售。
現代NEXO氫燃料電池車
而氫氣這么好的能源，為什么不推廣？因為以現在的技術獲取氫氣太難了。大家都學過電解水能得到氫氣，但耗費電能去電解水，然后再燒氫氣最終變成水，這個過程的用電量和損失還不如直接給鋰電池充電，成本太高。而成本、工藝都比較合適的是從石油、天然氣里提取，但量并不大，所以燃料電池車“只聞其名、難以推廣”。
2
石墨烯電池
對于未來新能源車的動力電池討論，最靠譜、討論最多的要屬石墨烯電池了，將一些專業角度的解讀“翻譯”一下就是：用這種材料結合鋰電池有兩種使用方法，一是用石墨烯的復合材料作為鋰電池的導電劑，二是直接用作負極，效果都是增加鋰電池的活性，從而提升電動車的續航里程、充電速度。
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石墨烯－碳化海綿鋰氧電池
石墨烯電池可以有效解決鋰電池的短板，產品特質與新能源車用戶使用直接掛鉤。
展開 吉林大學《AFM》：一種用于高效分解水通用電催化劑的納米片！
由來自可再生和豐富的太陽能和風能資源的電力驅動的電化學水分解是水循環的能量框架中的一種重要的能量轉換技術，通過利用氫氣作為清潔和高密度的能量載體來替代化石燃料以滿足未來的能量需求
碳中和下的氫能發展報告
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不同技術制氫的技術經濟環境性分析
氫氣生產方式較多，氯堿副產氣、干氣、焦爐煤氣、乙烷裂解副產氣、甲烷、煤炭、天然氣、電解水等多種制氫方式。其中，氯堿副產氣、干氣、焦爐煤氣、乙烷裂解副產氣等副產氣制氫在能源效率、污染排放、碳排放、成本方面占據優勢。各地區發展氫能產業鏈時，應充分結合區域能源結構，優先使用副產氫氣和富余能源進行利用。
從能源效率來看，氯堿副產氣制氫、干氣制氫、焦爐煤氣提取制氫能源效率均在80%以上，天然氣制氫、乙烷裂解副產氣制氫、PDH副產氣制氫、甲醇制氫、焦爐煤氣轉化制氫能源效率60%-80%，煤制氫能源效率在50%-60%，電解水制氫能源效率在50%以下。
從污染物排放來看，排污強度由小到大分別為：電解水制氫<天然氣制氫~甲醇制氫~副產氣制氫<煤制氫。
從碳排放來看，副產氣制氫<天然氣制氫<干氣制氫<甲醇制氫<煤制氫電解<電解水制氫（基于現有電網電力結構），如果考慮清潔能源（光伏、風電、水電等），清潔能源電解水碳排放接近為零。
從成本來看，制氫成本與原料價格關系最大，控制氫能價格需要控制原料價格；根據設定的價格范圍，從平均成本看，焦爐煤氣制氫<煤制氫<其他副產氣制氫<甲醇制氫<天然氣制氫<水電解制氫。因地制宜，選擇合適原料制氫，氫氣出廠價格可低于15元/kg，可與煤制氫成本相當。
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