據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》12月16日報道，日本理化學研究所等機構組成的研究團隊開發(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量豐富的錳。一直以來，錳因其易降解性而被認為不適合用于制氫。但研究人員賦予了其自我修復功能，即使在承受較大負荷的情況下仍能持續(xù)被使用超過2000小時。

錳的價格約為傳統(tǒng)制氫金屬銥的六萬分之一，這意味著制氫成本可能會大幅降低。這項與韓國研究機構合作取得的成果已經(jīng)發(fā)表在英國科學期刊《自然-可持續(xù)發(fā)展》雜志上。

富士經(jīng)濟集團的一項調查顯示，2024財年水電解設備的市場規(guī)模達到約9000億日元(約合58億美元)，2040財年將進一步擴大至9萬億日元。

水電解裝置主要分為兩大類：一類是“質子交換膜”(PEM)電解系統(tǒng)，另一類是“堿性”電解系統(tǒng)。PEM電解系統(tǒng)面臨價格方面的挑戰(zhàn)，因為它們使用昂貴的金屬銥作為催化劑。

全球銥的年產(chǎn)量僅為8噸，交易價格為每克2.2萬日元。銥被認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，是導致氫氣生產(chǎn)成本居高不下的主要因素。

理化學研究所的一個研究小組專注于氧化錳催化劑的研究。根據(jù)日本財務省的貿(mào)易統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前錳的進口價格略低于每公斤400日元，約為銥價格的六萬分之一。

然而，氧化錳催化劑會逐漸溶解在裝置內(nèi)部的溶液中，并且容易受到電壓波動的影響。風能和太陽能等可再生能源無法做到穩(wěn)定發(fā)電，會對催化劑造成壓力，導致其快速溶解。而除銥以外的其他材料難以承受這種波動。

理化學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，實現(xiàn)自我修復。

研究人員利用模擬可再生能源發(fā)電的電壓波動進行了實驗。在正常情況下，由于浸出效應，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)定運行超過2000小時。幾乎100%的溶解錳離子都實現(xiàn)了自我修復。

下一步的目標是在真實的電解水環(huán)境中驗證這種自修復功能。

在可預見的未來，水電解裝置的市場將持續(xù)擴大，預計新裝置將在2030年至2040年左右投放市場。

國際能源署的一份報告顯示，截至2025年，堿性電解裝置將占總裝機量的60%，而理化學研究所正在研發(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而降解，因此，如果價格低廉、高度耐用的PEM型設備能夠上市，則有可能取代堿性催化劑的市場份額。

作者： 編譯/劉林 來源：參考消息網(wǎng) 責任編輯：jianping