首页   

年发文超500篇,专家Joule发文呼吁:警惕炒作这一领域,数亿科研经费或打水漂!

高分子科学前沿  · 化学  · 2 月前
为了将全球变暖限制在 1.5°C 以下,全球温室气体排放必须在 2030 年之前减少 45%,并在 2050 年达到净零排放。考虑到世界上96%以上的水存在于海洋中,如果海水可以直接注入未来的电解槽,利用风能或太阳能的可再生能源生产绿色氢气,这听起来是一个非常好的解决方案。为了实现这个想法,目前各个国家已经花费了数亿美元的研究经费。仅在2023年,就有超过500篇关于直接海水电解的出版物(这个数字呈指数级增长)。

乍一看,该计划听起来很引人注目发明和开发未来能够直接从未净化的海水中生产氢气的电解槽。

但仔细观察就会发现,这里面似乎有炒作在推波助澜

炒作会推动各个领域的研究进程。当一项有望解决人类重大问题的新技术出现时,大量数据会被发表,新闻媒体和公关机构将高速运转,社交媒体爆炸,相关研究人员的地位堪比明星。然而,这些技术通常难以达到人们的期望值。它们可能被应用于不合适的领域,处于早期发展阶段,难以实现大规模生产,且与现有技术相比缺乏竞争力。

这些新技术通常遵循“Gartner炒作周期”(如Figure1所示)。在新技术发现之初,人们对其研究兴趣迅速增加,并在膨胀的期望值下达到顶峰,随后随着幻想破灭而跌入谷底。当找到合适的应用领域后,技术研究逐渐回温。最终,通过一定程度的商业化成功,这些技术会进入一个稳定的发展平台。

Figure 1. 炒作周期

今日,柏林亥姆霍兹材料与能源中心Prashanth W. Menezes、J. Niklas Hausmann 博士四院院士Menachem Elimelech在Joule杂志发表题为“Hyping direct seawater electrolysis hinders electrolyzer development”发表评论文章,众多专家(包括等)直言:直接海水电解槽(DSE)需要多年的高端研究。更重要的是:DSE 电解槽的开发没有必要——简单的脱盐过程足以为常规电解槽制备海水。警惕学术界大量炒作“直接海水电解制氢”!

【目前海水制氢技术成熟】

利用海水生产氢气已经成为可能。反渗透等经过验证的工艺可用于净化“普通”市售电解槽的海水。从热力学角度来看,海水的净化只需要电解所需能量的0.03%。这也体现在目前的成本上净化海水生产一公斤氢气的成本不到两美分。然而,德国加油站一公斤氢气的售价为13.85欧元。专家直言:没有令人信服的理由来开发DSE技术,因为已经有了利用海水生产氢气的有效解决方案。

【DSE技术困境】

开发能够在海水中稳定运行的新型电解槽只会省去这一廉价的净化步骤。相比之下,DSE电解槽的开发极具挑战性,并且它们是否能够与当今电解槽的效率和长期稳定性相匹配是非常值得怀疑的。

专家们看到了这里面临的重大挑战:解决这些技术挑战需要大量投资和多年的研究。即便如此,海水杂质的不可预测性也会随着季节和地理位置的变化而变化,这使得设计普遍可靠的电解槽变得困难。建造和维护如此强大的系统所产生的成本可能会使生产的氢气变得极其昂贵。

研究人员警告说,DSE目前被宣传为一种现实世界的氢气生产解决方案——这是一个无法兑现的承诺,可能会吞噬大量纳税人的钱。

图 1. 海水净化和电解的能源和总体成本比较

学术研究并不一定要立即带来解决方案。然而,如果将DSE作为一种快速解决方案,并加以推动或夸大,而忽略了其他更有前途的方法,那么它将占用其他地方所缺乏的资源,而这些资源将用于开发关键的脱碳技术。

图 2.  专注于直接海水电解的发展浪费了有限的资金资源

【将重点转向经过验证的技术】

研究人员主张加强高纯度水电解槽,而不是追逐难以实现的直接电解海水的承诺。这些系统已经比较先进,是实现经济型制氢的现实途径。需要改进的关键领域包括(1)提高效率:提高电解槽的能源效率,以降低制氢成本。(2)寿命长:延长电解槽的使用寿命,提高其经济可行性。(3)降低成本:开发更便宜的材料和制造工艺以降低资本支出。(4)资源可持续性:确保所使用的材料是可持续的且广泛可用。(5)操作灵活性:设计能够适应可变功率输入和操作条件的系统。(6)环境影响:提高可回收性并减少电解槽的环境足迹。

【专家见解】

柏林亥姆霍兹中心的博士后研究员 J. Niklas Hausmann 博士表示:“虽然海水电解的吸引力是不可否认的,但我们必须务实。技术和经济障碍是巨大的,并且在短期内可能无法克服。”

耶鲁大学的 Lea R. Winter 博士强调:“我们的努力应该集中在提供可行且可持续解决方案的技术上。高纯水电解槽在不久的将来前景广阔。”

阿尔伯塔大学的 M.A. Khan 博士强调了综合分析的重要性。“通过整合技术经济和生命周期分析,我们可以更好地了解电解槽技术的全面影响,并做出明智的决策,支持我们向零排放未来的过渡。”

这篇评论呼吁科学界采取行动,优先考虑能够带来真正和直接利益的领域的研究和开发。通过专注于改进高纯水电解槽,人们可以在实现绿色制氢目标并为减缓全球气候变化的努力方面取得重大进展

--检测服务--

来源:高分子科学前沿
声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!

© 2024 精读
删除内容请联系邮箱 2879853325@qq.com