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據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》12月16日報(bào)道，日本理化學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)組成的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種利用水制取氫氣的低成本方法，主要用到了在地球上儲(chǔ)量豐富的錳。一直以來，錳因其易降解性而被認(rèn)為不適合用于制氫。但研究人員賦予了其自我修復(fù)功能，即使在承受較大負(fù)荷的情況下仍能持續(xù)被使用超過2000小時(shí)。 錳的價(jià)格約為傳統(tǒng)制氫金屬銥的六萬分之一，這意味著制氫成本可能會(huì)大幅降低。這項(xiàng)與韓國研究機(jī)構(gòu)合作取得的成果已經(jīng)發(fā)表在英國科學(xué)期刊《自然-可持續(xù)發(fā)展》雜志上。 富士經(jīng)濟(jì)集團(tuán)的一項(xiàng)調(diào)查顯示，2024財(cái)年水電解設(shè)備的市場規(guī)模達(dá)到約9000億日元(約合58億美元)，2040財(cái)年將進(jìn)一步擴(kuò)大至9萬億日元。 水電解裝置主要分為兩大類：一類是“質(zhì)子交換膜”(PEM)電解系統(tǒng)，另一類是“堿性”電解系統(tǒng)。PEM電解系統(tǒng)面臨價(jià)格方面的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兪褂冒嘿F的金屬銥作為催化劑。 全球銥的年產(chǎn)量僅為8噸，交易價(jià)格為每克2.2萬日元。銥被認(rèn)為是世界上最昂貴的金屬之一，甚至超過了黃金和鉑金。在核心部件中，銥的成本就占到40%以上，是導(dǎo)致氫氣生產(chǎn)成本居高不下的主要因素。 理化學(xué)研究所的一個(gè)研究小組專注于氧化錳催化劑的研究。根據(jù)日本財(cái)務(wù)省的貿(mào)易統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前錳的進(jìn)口價(jià)格略低于每公斤400日元，約為銥價(jià)格的六萬分之一。 然而，氧化錳催化劑會(huì)逐漸溶解在裝置內(nèi)部的溶液中，并且容易受到電壓波動(dòng)的影響。風(fēng)能和太陽能等可再生能源無法做到穩(wěn)定發(fā)電，會(huì)對催化劑造成壓力，導(dǎo)致其快速溶解。而除銥以外的其他材料難以承受這種波動(dòng)。 理化學(xué)研究所的研究人員并沒有試圖阻止催化劑溶解，而是尋求一種再生已溶解催化劑的方法。他們發(fā)現(xiàn)，在作為氫離子通道的組分中添加一種特定的添加劑，可以使溶解的錳離子在催化劑表面再生，實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。 研究人員利用模擬可再生能源發(fā)電的電壓波動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在正常情況下，由于浸出效應(yīng)，氧化錳催化劑在200次測試后幾乎失去活性。然而，添加該添加劑后，即使經(jīng)過約700次測試，催化劑仍能保持90%以上的初始性能，并穩(wěn)定運(yùn)行超過2000小時(shí)。幾乎100%的溶解錳離子都實(shí)現(xiàn)了自我修復(fù)。 下一步的目標(biāo)是在真實(shí)的電解水環(huán)境中驗(yàn)證這種自修復(fù)功能。 在可預(yù)見的未來，水電解裝置的市場將持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)新裝置將在2030年至2040年左右投放市場。 國際能源署的一份報(bào)告顯示，截至2025年，堿性電解裝置將占總裝機(jī)量的60%，而理化學(xué)研究所正在研發(fā)的PEM電解裝置僅占20%。堿性催化劑容易因可再生能源的波動(dòng)而降解，因此，如果價(jià)格低廉、高度耐用的PEM型設(shè)備能夠上市，則有可能取代堿性催化劑的市場份額。 |
