新型“反应堆”问世,或推动绿色氢气低成本生产
2025-08-14 09:24
来源:圣彼得堡国立信息技术与光学大学
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科学家设计出一种新型“反应堆”,可更快、更便宜地生产“绿色”氢气。圣彼得堡国立信息技术与光学大学(ITMO)的科学家发明新型水电解反应器,通过在电极上添加磁铁和特殊铁钴纳米颗粒,将水分解成氢气和氧气的过程加快六倍,能耗降低15%,生产1公斤氢气所需电量从57.3千瓦时降至48.8千瓦时。

该反应器基本运行机制与经典设备相同,将碱倒入液体室,放入两个电极并施加电压,水分子在电流作用下分解成氢分子和氧分子,氢分子在带负电荷的阴极形成,氧分子在带正电荷的阳极形成。化学生物集群研究生、ITMO高等工程学院初级研究员伊利亚·沙巴尔金称,磁性纳米粒子会影响中间水化合物的电子态,使其更快、更有效地参与反应,减少激活过程所需能量,传统反应堆虽也有类似机制,但效率明显较低且完全依靠电流。

氢气广泛应用于化工、炼油、玻璃和食品工业、冶金及核电站等领域,是生产多种产品的必需成分,也是一种有效的替代能源。工业规模生产氢气通常通过将甲烷和水蒸气加热至700 - 1000°C,但会产生二氧化碳。电解水是更环保的制氢方法,在电流作用下水分解成氢气和氧气,但工业上主要缺点是成本高昂。

科学家在ITMO实验室组装了半工业化反应堆原型机并进行实验,化学家自行合成纳米颗粒,用3D打印机打印反应堆主体聚合物部件并选择最有效设计,目前该装置已准备好规模化生产,科学家计划寻找工业合作伙伴并在实际生产中测试。

多位专家对此发表看法。英国ANO东方水电站集群负责人安德烈·戈尔布诺夫表示,使用的磁铁和催化剂可加速制氢过程、降低能源成本,降低15%的成本是巨大成就。俄罗斯科学院化学物理联邦研究中心和化学部NTI能力中心负责人阿列克谢·列夫琴科指出,这一发展对实际实施可能有用,但将磁力系统集成到工业电解模块中或出现技术和工艺困难,目前很多研究致力于研究磁场对电解效率的影响。莫斯科国立鲍曼技术大学NTI“数字材料科学:新材料和物质”中心主任叶夫根尼·亚历山德罗夫认为,这种反应堆很有前景,因其是3D打印的,设计多样且易于更换;添加磁铁是廉价、简单且简洁的解决方案;磁场对铁钴纳米颗粒活性的影响属首次研究;反应器设计改善了质量传递,减少对额外混合装置的需求,提高了可靠性。

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