木糖制氫 美國氫燃料電池技術獲重大突破

弗吉尼亞理工大學的研究人員已經發現從植物原料中有效提取氫的方法，克服了氫燃料電池技術中的幾大障礙之一。正是這些障礙導致奧巴馬政府將氫燃料電池技術擱置一邊。

“我們認為這一發現會改變可替代能源行業的游戲規則。”弗吉尼亞理工大學生物系統工程系副教授珀西瓦爾·張表示。張帶領弗吉尼亞理工大學的一支團隊開發了從木糖中制備大量氫氣的方法。木糖是一種廣泛存在于自然界中的單糖，植物細胞壁的30%由其構成。

傳統上，氫通過對天然氣的汽化重整來制取，這一過程會浪費掉儲存于天然氣中的一部分能量，同時釋放出大量的二氧化碳。美國能源部長朱棣文曾表示，汽車行業氫燃料電池技術面臨的四大障礙中，氫的傳統來源是第一個障礙。

在弗吉尼亞理工大學，張一直在研究利用酶從植物生物質中提取氫的方法。該團隊將木糖放入含有13種酶的混合液體中，在低溫條件下得到了氫氣，這是一個突破。研究報告稱：

“為了產生氫氣，弗吉尼亞理工大學的科學家們從原生微生物中分離出多種酶，制成無法在自然界中獲取的特制的多酶混合液。這些酶在與木糖和一種多磷酸鹽結合時，會從木糖中釋放出氫氣，產量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子，生產出高純度的氫氣，可直接用于質子交換膜燃料電池。更具吸引力的是，這一反應可在較低溫度下發生，產生的氫能比木糖和多磷酸鹽中儲存的化學能還要高。該結果的能效超過了100%——是一種凈能量增益。這意味著低溫下浪費的熱能首次可用于生產高能量的氫氣。”

這一發現得到了喬納森·米倫茨的認可，他是橡樹嶺國家實驗室生物科學部的小組領導。“這一令人興奮的發現的關鍵之處在于張使用了植物中分布第二廣泛的糖制取氫氣。這使氫的制取具有重要的額外好處，它降低了從生物質中制氫的整體成本。”

米倫茨預計張的工藝能在3年后發展成為價值達1 000億美元的制氫市場。即使這一預測能變為現實，朱棣文仍然提到了氫燃料電池技術面臨的另外三個障礙：

“在運輸方面，我們還沒找到理想的儲存辦法。壓縮氫氣是目前最好的辦法，但它需要占用非常大的容積。我們還沒想出如何儲存高濃度的氫。還有什么？氫燃料電池還未發展成熟，輸送氫氣的基礎設施也不足。如要推廣氫燃料電池的使用，你需要取得四項重大的技術突破。”

雖然削減了氫燃料電池項目的費用，美國能源部在攻克這些障礙方面仍取得了一些進展。例如，它最近發布了一份關于運輸氫氣的可行性報告，辦法是將氫氣混入現有的天然氣管道設施中。“在更長久的未來，在上游注入氫氣然后在下游提取氫氣以供燃料電池電動汽車或固定式燃料電池使用時，混和可能會為氫氣的運送提供經濟的方式。”該報告總結說。