普林斯顿突破：美国科学家利用废水制造氢燃料

该方法降低了氢燃料生产所需清洁水的高昂成本和环境压力。

普林斯顿大学研究团队找到了一种方法，在电解生产"绿色"氢气的过程中，使用再生废水替代超纯水。

这一改变降低了氢燃料生产所需清洁水的高昂成本和环境压力。

"氢能基础设施通常与当地淡水使用存在竞争关系，"该资深研究作者任智勇（音译）教授于10月28日表示。"但每个城镇都有污水处理厂，这对于氢经济来说是一个非常分布式的水源，"兼任土木与环境工程教授的任智勇补充道。

解决现有废水利用难题

绿色氢气是通过使用可再生电力，利用电解法将水分解为氢气和氧气而产生的。与其他方法相比，其碳排放量要低得多。

然而，这个过程通常需要昂贵的超纯水，以防止杂质损坏电解槽内专用的薄膜。

研究人员致力于绕开生产绿色氢气所需的昂贵水净化过程。为了这种可持续的方法，他们测试使用"再生废水"来代替自来水。

再生废水是经过处理的、适合排放或用于灌溉、工业冷却等非饮用用途的水。

这种方法以前曾有人尝试过，但那些使用废水的努力很快就失败了。

为了解决这个问题，该团队首先分析了在标准商业电解槽中系统失败的原因，这为他们设计新的解决方案提供了依据。

实验使用了质子交换膜水电解槽，这是目前使用超纯水的标准商业技术。

研究发现，之前的尝试失败是因为废水中的钙、镁离子（常见的水垢矿物质）附着在电解槽的质子交换膜上。这阻碍了离子传输，并导致性能迅速下降。

降低能源需求

普林斯顿团队通过用硫酸酸化再生废水解决了这个问题。

这种缓冲液作为丰富的质子源，能够胜过那些有问题的钙、镁离子。

该步骤成功地维持了离子在膜上的传导性，保持了必要的电流，并最终实现了系统的持续产氢而不发生故障。

"去除所有那些离子以获得进入电解槽的超纯水成本很高，"任教授说。"现在，你只需将其酸化一点，然后就可以将含有离子的水送入电解槽，并且它能持续运行超过300小时而没有出现明显问题。"

所使用的酸会持续循环，这意味着它永远不会离开系统。这一点很重要，因为它既带来了环境效益，又节省了成本。

有趣的是，选择使用再生废水而非纯化水，可以使制氢的水处理成本降低约47%。

另一方面，与水处理相关的能源成本可降低约62%。

该团队目前正与行业合作伙伴合作，以在更大规模上并使用预处理过的海水来测试这种方法。

他们也在进行宏观规划，此前曾发布一项研究，确定了在美国境内将制氢设施与污水处理厂配套建设的理想地点。

这项研究推动氢能变得可行，以在钢铁和化肥制造等难以电气化的领域减少碳排放。

该研究结果发表在《水研究》期刊上。

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