氢被广泛认为是零碳排放的替代燃料,按原料来源主要分为化石燃料制氢、工业副产制氢和可再生能源电解水制氢三种方式。从产量结构看,我国目前以化石燃料制氢为主,其次是工业副产制氢,受制于电价和电解槽成本,电解水制氢占比低;不过由于化石燃料储量有限及对环境有很大负面影响,电解水制氢析氧反应缓慢因而效率受到显著限制,工业副产品制氢显然也不能满足社会对氢能日益增长的需求。因此寻早更加有效的制氢替代方式成了世界各国科学家研究的方向。尿素制氢就是其中一个热门方向。 1、尿素是什么,为什么用它来生产氢?尿素是一种低成本氮肥,分子式为CO(NH2)2,仅在2021年,全球估计就生产了1.8亿吨尿素。它也是人体代谢产生的天然化学废物,一个成年人每天产生1.5L尿液,相当于每年产生11公斤尿素和0.77公斤氢气。然而,富含尿素的农业废水和城市污水排放对水生环境和人体健康有害,因为它会引起水体富营养化——导致有害藻华和缺氧。
显然如果能把这部分尿素利用起来将是预防环境污染的一个重要课题。尿素的独特特性也使其成为一种潜在的储氢介质,能够提供可行的制氢方向。尿素无毒,水溶性高,氢含量高(重量比6.7%),而且尿素电解的热力学电压只有0.37 V,比电解水需要的热力学电压1.23 V 低很多,因此与传统的水电解相比,尿素电解制氢具有更经济、更节能的潜力。
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