由韓國能源研究所（Korea Institute of Energy Research）Eun-Jin Joa博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組改進了利用廢物中的微生物產(chǎn)生氫氣的生物電解質(zhì)電池的核心部件，從而解決了現(xiàn)有工藝的功率損失問題，并開辟了擴大工藝規(guī)模的可能性。

　　沼氣是微生物在有機廢棄物中分解有機物的過程中產(chǎn)生的氣體。如果在高溫下與蒸汽發(fā)生反應(yīng)或進行熱分解，就會產(chǎn)生綠色氫氣，因此作為碳中和技術(shù)備受關(guān)注。然而，由于生產(chǎn)過程中二氧化碳的排放和維持高溫環(huán)境所需的大量能源消耗，迄今為止尚未實現(xiàn)商業(yè)化。

　　為了取代這一點，美國和歐洲等海外主要國家一直在積極研究使用生物電解槽制氫的工藝。其原理是，當廢物和電力供應(yīng)給生物電解槽時，微生物消耗有機物時產(chǎn)生的電子和氫離子結(jié)合在一起產(chǎn)生氫氣。

　　生物電解槽是一種將微生物的生物代謝與電化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合，產(chǎn)生能量（電、氫、甲烷等）或有用化學(xué)物質(zhì)的系統(tǒng)。它是一種可以同時處理廢物和產(chǎn)生能源的環(huán)保技術(shù)，因此備受關(guān)注。

　　生物電解工藝在環(huán)境和成本方面都具有優(yōu)勢，因為它比現(xiàn)有工藝排放更少的二氧化碳，并且可以在低溫環(huán)境中運行。但隨著工藝規(guī)模的擴大，電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的運動路徑增加，電阻增大，其局限性在于功率損耗增大。

　　為了解決現(xiàn)有生物電解槽的功率損耗問題，研究團隊自主改進了電池的基本單元，并將其應(yīng)用于制氫過程中。與使用現(xiàn)有生物電解槽的制氫工藝相比，該工藝的氫氣產(chǎn)率和電子產(chǎn)率分別提高了1.2倍和1.8倍。

　　新開發(fā)的生物電解電池使用了研究小組開發(fā)的新零間隙技術(shù)。零間隙是一種常用的方法，用于最小化組成電池的電極和分離器之間的間隙，從而減少電阻并最大化反應(yīng)效率。

　　然而，現(xiàn)有的零間隙結(jié)構(gòu)被簡單地配置為將電極和膜夾在一起，因此當該工藝擴大規(guī)模時，會發(fā)生壓力不平衡，在電極和膜之間產(chǎn)生小間隙。這導(dǎo)致效率的部分下降，并導(dǎo)致阻力再次增加。

研究團隊成員

　　另一方面，研究小組開發(fā)的零間隙結(jié)構(gòu)有一個圓柱形的蓋子，蓋子閉合時產(chǎn)生的壓力可以均勻地推動電極的背面，完全密封電極和分離器。由于這可以在該工藝擴大規(guī)模時同樣適用，因此預(yù)計它將在生物電解電池的商業(yè)化中發(fā)揮重要作用。

　　研究組將開發(fā)的生物電解電池應(yīng)用到制氫過程中，其電子產(chǎn)出量是現(xiàn)有工藝的1.8倍，最終氫氣產(chǎn)出量提高了1.2倍。在大規(guī)模開發(fā)初期的中試試驗中也保持了相同的性能，并通過該試驗獲得了韓國測試實驗室的官方認證，證明了其有效性。

　　首席研究員Eun-Jin Jo博士表示：“此次技術(shù)開發(fā)不僅解決了國內(nèi)有機廢棄物處理的環(huán)境和經(jīng)濟問題，而且在高效生產(chǎn)清潔氫氣方面取得了重大進展。如果開發(fā)的高性能生物電解電池商業(yè)化，將為向碳中和和氫社會的過渡做出巨大貢獻。”

　　另外，該研究結(jié)果得到了國立科學(xué)研究財團“未來氫源技術(shù)開發(fā)事業(yè)”的支持，并發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的國際權(quán)威雜志《全環(huán)境科學(xué)》（Science of The Total Environment）上。

　　（素材來自：Korea Institute of Energy Research 全球氫能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）