用易拉罐和海水製氫：可擴展且綠色環保的工藝

圖注：MIT工程師開發出一種基於鋁的新型製氫工藝
，並正在多種應用場景中進行測試，包括圖中所示的鋁驅動電動車。

該方法的整體碳排放與其他綠色製氫技術相當。

氫(qing)氣(qi)被(bei)視(shi)為(wei)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)氣(qi)候(hou)友(you)好(hao)潛(qian)力(li)的(de)燃(ran)料(liao)，因(yin)為(wei)在(zai)作(zuo)為(wei)能(neng)源(yuan)使(shi)用(yong)時(shi)不(bu)會(hui)排(pai)放(fang)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。然(ran)而(er)
，目(mu)前(qian)大(da)多(duo)數(shu)製(zhi)氫(qing)方(fang)法(fa)仍(reng)依(yi)賴(lai)化(hua)石(shi)燃(ran)料(liao)，從(cong)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)角(jiao)度(du)看(kan)，這(zhe)使(shi)得(de)氫(qing)氣(qi)難(nan)以(yi)被(bei)真(zhen)正(zheng)歸(gui)類(lei)為(wei)“綠色”能源。

麻省理工學院（MIT）工程師開發的一項新工藝有望顯著降低製氫過程中的碳足跡。去年，該研究團隊首次展示了可通過將海水
、回收的易拉罐以及咖啡因結合來製備氫氣。當時的關鍵問題是：這種實驗台上的方法是否可以工業化應用？以及其環保成本幾何？

如今，研究人員對這一工藝進行了全生命周期評估，涵蓋了工業規模下製氫過程的每一個環節。例如，研究團隊計算了獲取和處理鋁、與(yu)海(hai)水(shui)反(fan)應(ying)生(sheng)成(cheng)氫(qing)氣(qi)，以(yi)及(ji)將(jiang)氫(qing)氣(qi)運(yun)輸(shu)至(zhi)加(jia)氣(qi)站(zhan)等(deng)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)碳(tan)排(pai)放(fang)
，最(zui)終(zhong)供(gong)駕(jia)駛(shi)者(zhe)為(wei)發(fa)動(dong)機(ji)或(huo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)加(jia)注(zhu)氫(qing)氣(qi)。評(ping)估(gu)結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)，該(gai)新(xin)工(gong)藝(yi)的(de)總(zong)碳(tan)排(pai)放(fang)遠(yuan)低(di)於(yu)傳(chuan)統(tong)製(zhi)氫(qing)方(fang)法(fa)。

圖注：該新工藝以回收鋁顆粒（如圖中罐中所示）為起點，通過與海水反應生成純氫氣。研究團隊發現
，若實現規模化，該工藝有望以較低碳足跡生產“綠色”氫氣。

圖片來源：Tony Pulsone
，MIT機械工程係

據今日發表在《Cell Reports Sustainability》期刊上的研究顯示，使用該方法生產每千克氫氣


，其全生命周期碳排放約為1.45千克二氧化碳。而相比之下
，基於化石燃料的製氫工藝每千克氫氣會產生約11千克二氧化碳。

該方法的低碳足跡與其他綠色製氫技術（如太陽能或風能製氫）相當。

“我們已進入綠色氫氣的範疇，”第一作者、2025年春從MIT獲得機械工程博士學位的Aly Kombargi表示。“本研究突顯了鋁作為清潔能源來源的潛力，並為交通與遠程能源係統中低排放氫氣的推廣提供了一種可擴展路徑。”

該研究的其他MIT合作者包括Brooke Bao、Enoch Ellis及機械工程係教授Douglas Hart。

氣泡生成機製

將(jiang)鋁(lv)罐(guan)投(tou)進(jin)水(shui)中(zhong)通(tong)常(chang)不(bu)會(hui)發(fa)生(sheng)明(ming)顯(xian)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)鋁(lv)在(zai)接(jie)觸(chu)氧(yang)氣(qi)時(shi)會(hui)迅(xun)速(su)形(xing)成(cheng)一(yi)層(ceng)類(lei)似(si)保(bao)護(hu)膜(mo)的(de)氧(yang)化(hua)層(ceng)。若(ruo)沒(mei)有(you)這(zhe)層(ceng)膜(mo)，純(chun)鋁(lv)在(zai)與(yu)水(shui)混(hun)合(he)時(shi)會(hui)快(kuai)速(su)發(fa)生(sheng)反(fan)應(ying)。此(ci)反(fan)應(ying)中(zhong)

，鋁(lv)原(yuan)子(zi)能(neng)高(gao)效(xiao)地(di)將(jiang)水(shui)分(fen)子(zi)分(fen)解(jie)
，生(sheng)成(cheng)氧(yang)化(hua)鋁(lv)和(he)純(chun)氫(qing)氣(qi)。隻(zhi)需(xu)少(shao)量(liang)鋁(lv)
，就(jiu)能(neng)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)氫(qing)氣(qi)。

“使用鋁的主要優勢之一在於其單位體積的能量密度高，”Kombargi解釋道。“僅用極少量的鋁燃料
，就有可能為一輛氫能汽車提供主要動力。”

去年
，他和Hart開發出一種基於鋁的製氫配方。他們發現

，使用少量镓-銦（Ga-In）hejinkeyipohuailvdeziranyanghuamo，congerjiangqihaiyuanweichunlv。suihou，yanjiurenyuanjiangchunlvkeliyuhaishuihunhe，chenggongguanchadaoqingqidechansheng。gengyouyiyideshi，shuizhongdeyanfenhainengcushijia-銦沉澱，從而實現回收與重複利用

，構建一個可持續、低成本的循環係統。

“我們在會議上介紹該工藝的原理時

，經常被問到‘這項技術的成本是多少

？’以及‘它的碳足跡是多少？’”Kombargi表示。“因此我們決定全麵評估這個過程。”

一個可持續的循環係統

在這項新研究中
，Kombargi及其同事對基於鋁的製氫流程進行了生命周期評估
，估算了從鋁資源獲取到氫氣運輸的全過程對環境的影響。他們以生產1千克氫氣為評估基準，這是一個具有消費級意義的參考量。

“一輛燃料電池汽車使用1千克氫氣，行駛距離大約在60至100公裏之間，具體取決於燃料電池的效率

，”Kombargi指出。

研究團隊利用“Earthster”這一在線生命周期評估工具進行分析
，該平台整合了大量產品與工藝的碳排放數據。他們模擬了多個製氫情景，包括使用“初級”鋁（直接開采）與“次級”鋁（如回收自易拉罐等再生材料），並考慮了不同的鋁與氫氣運輸方式。

經過對約12種情景的評估，團隊確定出碳排放最低的方案：使用回收鋁與海水為原料。這不僅減少了因開采原鋁產生的大量排放，同時通過回收镓-銦降低了材料成本。結果表明
，這一工藝全生命周期內，每生產1千克氫氣排放約1.45千克二氧化碳。成本方麵
，該工藝每千克氫氣約為9美元，與風能或太陽能等綠色技術生成的氫氣價格相當。

研究人員設想
，一旦將該低碳工藝商業化，其流程可能如下：生產鏈從回收中心獲取廢鋁開始
，將其粉碎成顆粒並預處理镓-銦。之後，鋁顆粒可作為“燃料”運yun輸shu
，而er無wu需xu直zhi接jie運yun輸shu易yi揮hui發fa的de氫qing氣qi。這zhe些xie顆ke粒li將jiang被bei運yun送song至zhi靠kao近jin海hai水shui來lai源yuan的de加jia氫qing站zhan，在zai需xu要yao時shi與yu海hai水shui混hun合he，現xian場chang製zhi氫qing。用yong戶hu可ke以yi直zhi接jie將jiang生sheng成cheng的de氫qing氣qi加jia注zhu進jin內nei燃ran機ji或huo燃ran料liao電dian池chi汽qi車che。

該工藝的副產品是含鋁礦物——勃姆石（boehmite），它廣泛用於半導體
、電子元件及多種工業產品的製造。Kombargi指出，若在製氫後回收這一副產品並銷售給製造商
，可進一步降低整體成本。

“這個過程有很多要素需要考量，”Kombargi總結道，“但它確實可行
，這是最令人興奮的地方。更重要的是
，我們已經證明它可以實現環境可持續性。”

研yan究jiu團tuan隊dui目mu前qian正zheng繼ji續xu優you化hua這zhe一yi工gong藝yi。他ta們men近jin期qi設she計ji了le一yi種zhong小xiao型xing反fan應ying器qi，體ti積ji約yue為wei一yi個ge水shui瓶ping，可ke利li用yong鋁lv顆ke粒li與yu海hai水shui生sheng成cheng氫qing氣qi，為wei電dian動dong自zi行xing車che供gong電dian數shu小xiao時shi。他ta們men先xian前qian也ye已yi驗yan證zheng，該gai工gong藝yi可ke以yi產chan生sheng足zu夠gou氫qing氣qi驅qu動dong一yi輛liang小xiao型xing汽qi車che。目mu前qian，他ta們men還hai在zai探tan索suo水shui下xia應ying用yong，包bao括kuo設she計ji利li用yong海hai水shui供gong能neng的de小xiao型xing船chuan隻zhi或huo水shui下xia無wu人ren設she備bei的de製zhi氫qing裝zhuang置zhi。

該研究部分由“MIT-葡萄牙項目”（MIT Portugal Program）資助。

翻譯人：沈亞皓

來源：https://fuelcellsworks.com/2025/06/03/h2/science04-jun-2025-1-10-am-aestshare-hydrogen-made-from-soda-cans-seawater-scalable-green