它源自可再生能源(太陽能、風能等)發電的電解水,並且在燃燒過程中僅(jin) 產(chan) 生水,因而對環境非常友好。
此外,綠氫還被認為(wei) 具有成為(wei) 低碳化核心燃料的潛力,在交通運輸、能源儲(chu) 存、綠色肥料和鋼鐵生產(chan) 等多個(ge) 領域的脫碳過程中有望發揮關(guan) 鍵作用。
如果用氫燃料電池替代傳(chuan) 統內(nei) 燃機,不但可以實現零碳排放和更高的效率,加燃料和燃油車加油的體(ti) 驗感差不多,還能達到類似的駕駛距離。
其中,陰離子交換膜(AEM,Anion Exchange Membranes)燃料電池因其成本優(you) 勢,被認為(wei) 是最有前途和高效的氫轉化技術之一。
然而目前,陰離子交換膜燃料電池仍處於(yu) 發展的早期階段,缺乏合適的 AEM 是主要障礙之一。
近年來,學術界和工業(ye) 界都對 AEM 投入了極高的關(guan) 注。
例如,美國清潔氫能初創公司 Power to Hydrogen 開發了一種電池設計技術,為(wei) 解決(jue) 傳(chuan) 統 AEM 電解槽的耐久性挑戰提供了方案。
3 月,該公司宣布,已完成首個(ge) 工業(ye) 規模 AEM 電解槽第一階段演示,並計劃於(yu) 2024 年年底完成第二階段演示。
相關(guan) 技術的開發得到了來自美國航空航天局、荷蘭(lan) 皇家殼牌石油公司和美國能源部下屬高級能源研究計劃署等機構的支持。
將 AEM 從(cong) 學術界向產(chan) 業(ye) 界邁進也有這樣一個(ge) 案例。歐洲科學院院士、瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL,École Polytechnique Fédérale de Lausanne)胡喜樂(le) 教授自 2017 年,連續六年被科睿唯安(Clarivate Analytics)評為(wei) “高被引科學家”。
其課題組致力於(yu) 發開新型能源技術,推動新能源發展。主要包括三個(ge) 研究方向:電解製氫技術、氫燃料電池技術和二氧化碳(CO2)電化學還原技術。
具體(ti) 來說:
電解製氫技術利用可再生能源電解水製備氫氣,是一種綠色、清潔的能源生產(chan) 方式,可以實現能源生產(chan) 的“去碳化”。
氫燃料電池技術是利用電化學過程,將氫氣直接轉化成電能,無需經過燃燒過程,是一種綠色、清潔、高效的氫能利用方式。
而 CO2 電化學還原技術是一種“負碳技術”,它利用電化學反應將空氣中的 CO2,或工業(ye) 排放(例如發電廠煙道氣)中的 CO2,轉化成可循環使用的工業(ye) 氣體(ti) 一氧化碳(CO)。
基於(yu) 十餘(yu) 年在上述方向的技術積累和沉澱,胡喜樂(le) 團隊於(yu) 2023 年初,在瑞士建立 AEM 公司 NovaMea,旨在將電解製氫技術和氫燃料電池商業(ye) 化,該公司位於(yu) EPFL 的創新科技園。
吳星宇是膜技術專(zhuan) 家,在 EPFL 獲得化學博士學位,博士導師為(wei) 胡喜樂(le) 教授。博士畢業(ye) 後,他於(yu) 2023 年 6 月加入 NovaMea 公司,先後擔任公司董事、首席技術官,自 2023 年 11 月開始,擔任該公司 CEO。
(來源:NovaMea)
2023 年 2 月,NovaMea 公司與(yu) EPFL 簽署相關(guan) 許可協議。根據這份協議,NovaMea 公司已獲得四項突破性技術的獨家許可。
公司開發的相關(guan) 技術包括:AEM 電解水設備、AEM 燃料電池、AEM 二氧化碳電還原等。此外,他們(men) 也在燃料電池電極方麵做係統性優(you) 化,例如,使用 NovaMea 的陰離子交換離子聚合物和多孔碳載體(ti) 、優(you) 化催化劑的組分等。
2023 年 6 月,胡喜樂(le) 課題組報道了一種使用 NovaMea 公司特有材料的 AEM 電解槽,顯示出一係列刷新領域記錄的性能[2]。
例如,在 2-3A cm-2 電流密度下,可穩定運行 1100 小時以上、最高功率密度 1.38W cm-2,以及在 2V 電壓下,保持 6.3A cm-2 的高電流密度。
2023 年 11 月,胡喜樂(le) 團隊在 ACS Energy Letters 發表論文[3],采用不含鉑族元素的催化劑,實現了類似的電解水性能。此外,該研究還揭示出離聚物在 AEM 電解水中發揮的重要作用,這是提高電解性能和穩定性的關(guan) 鍵。
(來源:ACS Energy Letters)
在公司創立初期,NovaMea 獲得了來自瑞士科技創新署(Innosuisse)的資金支持。今年 4 月,該公司宣布成功完成種子輪融資,由全球風險投資公司 Lightspeed Venture Partners 領投,投資總額為(wei) 320 萬(wan) 美元,用於(yu) 促進綠色氫氣生產(chan) 。
“我們(men) 很高興(xing) 宣布,成功完成種子輪融資。”NovaMea 董事會(hui) 主席兼聯合創始人胡喜樂(le) 對接媒體(ti) 表示,“這筆投資不僅(jin) 證實了我們(men) 的技術實力,還為(wei) 我們(men) 提供了進一步推進綠色氫能革命所需的資源。”
(來源:NovaMea)
據 NovaMea 官網,該公司已完成了與(yu) 早期用戶的第一份商業(ye) 合同,並得到來自客戶的積極反饋。
不僅(jin) 在瑞士,NovaMea 也積極推動 AEM 技術在中國市場的發展。據公開資料顯示,NovaMea 於(yu) 2023 年 12 月在香港成立子公司,並計劃近期將中國總部和生產(chan) 線設立在蘇州。
參考資料:
1. X. Wu & X. Hu.Anion Exchange Membranes for Hydrogen Technologies: Challenges and Progress. Chimia 2023, 77, 494–500.
https://doi.org/10.2533/chimia.2023.494
2. N. Chen, et al. Robust Piperidinium-Enriched Polystyrene Ionomers for Anion Exchange Membrane Fuel Cells and Water Electrolyzers. ACS Energy Letters 2023, 8, 4043–4051.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01402
3. Y. Zheng, et al. Anion Exchange Ionomers Enable Sustained Pure-Water Electrolysis Using Platinum-Group-Metal-Free Electrocatalysts. ACS Energy Letters 2023, 8, 5018–5024.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c01866
https://www.epfl.ch/labs/lsci/hu/
https://www.novamea.swiss/
https://ggba.swiss/en/novamea-secures-usd-3-2-million-to-boost-green-hydrogen-production/
https://power-h2.com/power-to-hydrogen-and-global-utility-leaders-successfully-complete-phase-i-of-first-ever-industrial-scale-aem-electrolysis-stack-demonstration/