一种用乙醇和水生产氢气的新的节能方法，有可能使清洁的氢燃料成为汽油动力汽车更可行的替代品。
华盛顿州立大学的研究人员在一个新颖的转换系统中，使用乙醇和水的混合物以及少量的电力来生产纯压缩氢气。这项创新意味着氢气可以在加油站现场制造，因此只有乙醇溶液需要运输。这是消除运输高压氢气需求的重要一步，高压氢气一直是其作为清洁能源燃料使用的主要绊脚石。
这一成果最近刊登在《应用催化A》杂志（Applied Catalysis A）上。
论文作者、Gene和LindaVoiland化学工程和生物工程学院教授Su Ha说："如果有足够的资源，我认为它真的有机会在不久的将来对氢气经济产生重大影响“
将氢气作为汽车的燃料是一种有希望但未实现的清洁能源。与电动汽车一样，氢燃料电池驱动的汽车不会排放任何有害的二氧化碳。与电动汽车不同的是，它可以在几分钟内在氢气加注站加满氢气。
然而，尽管氢气技术大有可为，但在燃料罐中储存和运输高压氢气会带来巨大的经济和安全挑战，如果要液化氢，则需要耗费大量能量。由于这些挑战，在美国几乎没有氢气基础设施，该技术的市场渗透率非常低。
在这项研究工作中，华盛顿州立大学的研究人员创建了一个具有阳极和阴极的转换系统。当他们把少量的电力投入到带有催化剂的乙醇和水的混合物中时，他们能够通过电化学方法产生纯的压缩氢气。反应产生的二氧化碳以液体形式被捕获。
这个团队使用的方法，不是电解水方法，他们称为”苛性水相电化学重整“（CAPER）工艺。这种工艺可以在较低的电池工作温度和电压下将水相乙醇转化为高压和高纯度氢气，而且还不使用电解膜。
图说：CAPER工艺流程图
来源：sciencedirect
CAPER工艺去掉了对下游分离和外部压缩步骤的需要，实现了压缩和纯氢生产的工艺强化。所有的压缩都是在液相反应物上进行的，以规避效率较低的气相压缩。
本研究使用一个高压间歇式电化学反应器来证明CAPER重整过程的能力，并研究了运行条件下的催化行为。团队的Tafel分析表明，在腐蚀性电解质条件下，碳支持物上的钯和铂纳米粒子都有很高的乙醇电氧化活性，而碳支持物上的非贵金属纳米粒子的活性很差。唯一的气相产物是加压的氢，其法拉第效率被确定为100%（指实际生成物和理论生成物的百分比）。
交换电流密度不受高压操作的影响。与Ag/AgCl相比，当应用的阳极电位从-500 mV增加到-200 mV时，碳对阳极上不需要的副产品醋酸的选择性从17%增加到63%。
运输氢气具有一定的危险，而且能耗比较高。这种转换方法将意味着可以使用现有的运输乙醇的基础设施，而且压缩氢气可以在加油站轻松安全地按需产生。
Su Ha教授说："我们已经在每个加油站使用含乙醇的汽油，可以想象，利用我们现有的基础设施，乙醇水混合物可以很容易地被送到当地的加油站，然后利用我们的技术，可以生产出可以泵入氢燃料电池汽车的氢气。我们根本不需要担心氢气储存或运输的问题"。
该团队开发的电化学系统使用的电力还不到电解水的一半。研究人员没有在后期努力压缩氢气，而是通过压缩液体乙醇混合物来使用更少的能量，从而直接生产出已经压缩的氢气。
论文的共同第一作者、研究生Wei-Jyun Wang说："乙醇在水中的存在改变了化学反应。我们实际上可以在比纯水电解通常所需的更低的电压下进行我们的反应。"
他们的系统也不需要像其他水分离方法那样的昂贵的膜。然后，电化学反应产生的氢气就可以使用了。
Voiland学院的博士后研究员、该论文的主要作者之一Jamie Kee说："一个能提供水电解的低电能成本替代品，并能在生产压缩氢气的同时有效捕获二氧化碳的过程，可能对氢气经济产生重大影响。"
研究人员正在努力扩大该技术的规模，并以连续的方式操作它。他们还在努力利用液体中捕获的二氧化碳。
这项工作得到了天然气技术研究所和美国能源部RAPID制造研究所的资助。
