以色列理工學院材料科學與工程學院的研究人員發展出了利用可再生能源生產綠氫的新技術。他們的突破性成果最近發表在《自然材料（Nature Materials）》期刊上。這項新技術與其他生產綠氫的過程相比具有顯著的優勢，若未來發展成為商業技術，很可能會大幅地降低成本，加速綠氫作為乾淨、可永續替代化石燃料的能源。

使用氫氣作為燃料，而非煤炭、汽油和天然氣，將減少這些燃料的使用以及來自各方（包括交通運輸、材料和化學品生產以及工業加熱）的溫室氣體排放。不同於這些燃料，氫氣在空氣中燃燒時只會產生水，不會排放二氧化碳進入大氣中，因此氫氣被認為是一種清潔燃料。

然而生產氫氣的最常見方式是使用天然氣（或煤炭），這個過程會將大量的二氧化碳排放到大氣中，因此抵消了其作為綠色、可永續替代化石燃料的優勢。在2022年，全球對氫氣的總消費量約為9,500萬噸，這個數量代表適於改善各類型燃料產品，尤其是用於生產農業肥料所需的氨氣。目前幾乎所有消耗的氫氣都是從化石燃料中生產而來，這就是為什麼它被稱為「灰氫」（由甲烷製成）或「黑氫」（由煤炭製成）。使用這些方法生產的氫氣而排放出的二氧化碳，約佔全球每年人為活動排放量的2.5％。因此，必須將灰氫替換為綠氫，以減少這個大宗的碳排放來源，並將污染性的化石燃料替換為清潔、可永續發展的氫氣。

根據各類估計，在淨零排放的目標下，綠氫可能佔有全球能源市場的10％。這是目前為了減緩大氣中二氧化碳濃度增加所造成的溫室效應，延緩氣候變化和全球暖化所希望達到的目標。因此，綠氫在對抗全球暖化中扮演舉足輕重的角色。

綠氫是透過電解製造的，利用可再生能源（如風能和太陽能）的能量，將水電解成氧氣和氫氣。雖然電解法早在200多年前便被發現，並經歷了許多發展和改進，然而，電解法仍然過於昂貴，無法以具競爭力的價格生產綠氫。使用電解法製造大量綠氫（得以達成淨零排碳目標之氫氣使用量）的技術限制之一是需要昂貴的膜、墊片和密封組件來分離陰極和陽極室。

幾年前，以色列理工學院的研究人員提出了一種創新高效的電解技術，不需要膜和密封來分離電池的兩個部分，他們使氫氣和氧氣在反應過程的不同階段產生，而不像常規電解法中的同時生產。這種新型技術稱為E-TAC，由Hen Dotan博士與Avigail Landman Avner 博士在Rothschild教授和Gideon Grader教授的指導下開發。他們與企業家Talmon Marco合作，發揮了該技術的潛力並發展了商業應用價值。

新技術的細節

以色列理工學院Rothschild教授的研究團隊現在提出了一個更新的流程，其中氫氣和氧氣是在兩個分離的電池中同時產生，不像在E-TAC流程中，氫氣和氧氣在同一電池但不同階段產生。這個新流程是由Ilia Slobodkin作為他碩士論文的一部分而開發出的，其中得到研究員Elena Davydova博士和Anna Breytus博士以及碩士生Matan Sananis的幫助。

這種新型流程使用溴化鈉水性電解液（NaBr aqueous electrolyte）替換E-TAC技術中使用的水，繞過了生產氧氣的固體電極所帶有的操作挑戰和限制，從而實現了一個連續的流程（相對於E-TAC的處理流程），並避免了電池電解液對冷熱交替的需求。電解液中的溴化物陰離子在陰極生成氫氣時被氧化為溴酸，接著與電解液一起流到另一個電池，在那裡它們被還原回原始狀態並同時產生氧氣，這個過程會接著不斷地重複。藉由這種方式，氫氣和氧氣在兩個分離的電池中以連續的方式同時產生，並且不像E-TAC那樣存在任何溫度變化。此外，氧氣是在電解液中產生，而不是像E-TAC那樣需要固體電極，因此不會如同充電電池一般，速率和容量都受到電極的限制。

在新發表於《自然材料》期刊的文章中，研究人員描述了他們的基本實驗，證明了生產流程的初步可行性，並於結果顯示這套流程能夠在高電流下高效工作，這意味著將得以高速率產生氫氣。同時文章中也描述了即便根據這項科學突破，完成新技術的開發還有很長的路要走。儘管如此，這項技術很可能會克服工業生產綠氫的許多障礙，成為一種可永續替代化石燃料的方案。

詳細研究參與人員名單經費來源以及更詳細的內容，請參考以下資料來源。

資料來源：

https://www.technion.ac.il/en/2024/01/new-green-technology-for-producing-hydrogen-using-renewable-energy/