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編者按：哥倫比亞大學(xué)團(tuán)隊(duì)最近研發(fā)出一種新型光伏電解海水設(shè)備，利用陽光能量不斷將海水電解成高純度的氫氣和氧氣。和其他電解設(shè)備不同的是，新設(shè)備不使用隔離膜來分離產(chǎn)生氫氣和氧氣的電極，而是改用特殊電極結(jié)構(gòu)，直接借由水的浮力收集氫氣氣泡。

氫是未來有機(jī)會(huì)替代石化燃料的清潔能源之一，燃燒時(shí)只會(huì)產(chǎn)生水，但目前一大問題在于氫氣是透過蒸汽甲烷法(steam-methane process)從石化燃料中產(chǎn)生，過程一樣會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，許多科學(xué)家因而將目光集中在水電解法：將水分離成氫氣和氧氣，不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。

哥倫比亞大學(xué)化學(xué)工程助理教授丹尼爾·埃斯波西托(Daniel Esposito)是研究水電解法的科學(xué)家之一，現(xiàn)在他和團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種浮動(dòng)式太陽光伏燃料電解槽，雖然還只是實(shí)驗(yàn)室原型，但最終產(chǎn)品會(huì)發(fā)展成漂浮在海上的復(fù)合體。

目前，最先進(jìn)的商業(yè)電解槽多使用昂貴的膜或隔離器來分離設(shè)備中產(chǎn)生氫氣和氧氣的電極，但這些膜只適合高純度的水源環(huán)境，于海水中卻容易被雜質(zhì)和微生物降解破壞。

埃斯波西托的新設(shè)備決定舍棄膜，改以一種新穎的電極結(jié)構(gòu)取而代之：僅在外側(cè)涂覆催化劑的網(wǎng)狀電極。這些不對稱電極可促進(jìn)氫氣和氧氣僅在涂有催化劑的表面產(chǎn)生，當(dāng)氣體氣泡變得足夠大時(shí)會(huì)從電極表面分離，氧氣就讓它自然流失掉，而氫氣會(huì)一路向上漂到架空的收集室儲(chǔ)存。 不對稱網(wǎng)狀電極示意圖，氧氣和氫氣在不同側(cè)生成，氫氣會(huì)上升到特定氣體采集室儲(chǔ)存。(Source：哥倫比亞大學(xué))

基于這種浮力誘導(dǎo)分離概念，簡單的電解槽結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生純度高達(dá) 99% 的氫氣(氧氣含量只有 1%)，如果是對稱電極，氧氣含量至少高出 7 倍。

埃斯波西托說，與目前包含隔膜的設(shè)備相比，無膜電解設(shè)備具有低成本、高耐用性的潛力，可以真正利用豐富的太陽能來大規(guī)模轉(zhuǎn)化能源燃料，而設(shè)備在實(shí)驗(yàn)期間的太陽能轉(zhuǎn)換效率為 5.7%。這篇研究已發(fā)布在《氫能國際期刊》。

不過外界更注意的主要還是電力傳輸問題，要從很遠(yuǎn)的海上傳輸電力回到陸地，經(jīng)濟(jì)上仍不可行。

原標(biāo)題：新型海上光伏制氫設(shè)備，舍棄電極分離膜降成本