麻省理工學院的科學家們發現了一種生產氫燃料的新方法,只需使用蘇打罐、海水和咖啡渣即可。研究小組表示,這種化學反應可以為吸入海水的海洋車輛的發動機或燃料電池提供動力。
氫是能源生產去碳化游戲中的重要角色--它燃燒清潔、能量密度高,在燃料電池中使用時,唯一的副產品就是水。但一個主要障礙是,它很難儲存和運輸,因為微小的分子往往會直接透過容器和管道泄漏。這不僅意味著損失,過量的氫還會對大氣造成嚴重破壞。
但是,基于麻省理工學院新技術的未來系統可以有效地在汽車內按需生產氫氣。唯一需要運輸和儲存的將是鋁粒,因為鋁粒更加穩定,也更容易加工。
在測試中,將一粒僅重 0.3 克(0.01 盎司)的鋁粒放入新鮮的去離子水中,只需五分鐘就能產生 400 毫升氫氣。據研究小組估計,如果將其放大,一克鋁粒可在 5 分鐘內產生驚人的 1.3 升(0.3 加侖)氫氣。
這種技術基于一個相當簡單的化學反應:鋁與氧氣的反應非常強烈。因此,當你把它浸入水中時,它會迅速從H2O中剝離出 O,留下氫分子冒出氣泡。問題是,這個過程通常不會持續太久。在這個過程中,金屬表面會形成一層薄薄的氧化鋁,阻止下面的純鋁與氧氣發生進一步的反應。
以前的研究發現,摻入鎵等其他金屬可以在氧化鋁層形成時將其分解,從而達到剎車的效果。在這種情況下,研究小組用鎵和銦的合金對鋁顆粒進行了預處理,從而使反應能夠持續更長時間。
將鋁粒浸入鎵和銦的合金中,使其"活化"。
一個潛在的缺點是鎵和銦既稀有又昂貴。但研究人員發現,在離子溶液中進行反應會使合金凝結成一種可以舀出再利用的形式。方便的是,海水就是一種離子溶液。
下一個問題是,在海水中反應速度要慢得多,需要大約兩個小時才能產生在淡水中五分鐘產生的氫氣量。通過實驗,最后一種令人驚訝的成分出現了。當研究小組加入一些舊咖啡渣時,反應明顯加快,又回到了五分鐘。經過仔細觀察,發現關鍵在于咪唑,這是咖啡因中的一種化合物。
研究人員提出,他們的配方是實用氫反應器的基礎,尤其適用于為海洋車輛提供動力。
這項研究的主要作者 Aly Kombargi 說:"這對船只或水下航行器等海上應用來說非常有趣,因為你不必隨身攜帶海水--海水唾手可得。我們也不必攜帶氫氣罐。相反,我們可以運輸鋁作為'燃料',只需加水就能產生我們需要的氫氣。"
根據他們的計算,通過將周圍環境中的海水抽入一個裝有約 40 磅(18 千克)鋁丸的反應堆,這個小型水下滑翔機可以連續運行長達 30 天。
康巴吉說:"我們展示了一種生產氫燃料的新方法,無需攜帶氫氣,而是攜帶鋁作為'燃料'。下一步是要弄清楚如何將其用于卡車、火車,甚至飛機。也許,我們可以從環境濕度中提取水來生產氫氣,而不必再攜帶水。"
這項研究發表在《細胞報告物理科學》(Cell Reports Physical Science)雜志上。