氫作為一種強大、乾淨的燃料來源大有可為–只要製造氫的過程也是綠色的。一份新的報告顯示了獲得真正的綠色氫氣有多困難，而一項新的研究則消除了製造氫氣的障礙。

荷蘭拉德布德大學和埃因霍溫理工大學的研究人員基安-德-克萊因（Kiane de Kleijne）今天在《自然-能源》（Nature Energy）雜誌上發表的一篇論文指出，氫氣的生產往往會導致大氣中二氧化碳（CO2）的增加。這在一定程度上是因為部分氫氣來自天然氣生產。

有一些更環保的氫氣生產方法，例如利用太陽能或風能來驅動氫氣從水分子分離出來的過程，但De Kleijne 認為，在這種情況下，需要考慮創建這些設施的碳足跡。事實上，綠色能源在非洲或巴西等風力和陽光充足的地方最為有效，這也意味著在那裡生產的氫氣需要運往世界其他地方使用，這再次增加了其碳足跡。

De Kliejne 說：「如果以這種方式審視整個生命週期，綠色氫氣通常（但肯定不是總是）會帶來二氧化碳減排。在使用風能而非太陽能的情況下，二氧化碳減排量通常更高。未來，隨著更多的可再生能源被用於製造風力渦輪機、太陽能電池板和電解槽用鋼等，這種情況將得到進一步改善。

在此之前，一種名為質子交換膜（PEM）的流行氫化製程的新突破可能會有所幫助。

質子交換膜是一種水電解工藝，能從水分子中分離出氫。除了為該製程提供電力的碳成本之外，PEM 還被認為是一種綠色技術，因為它的唯一輸出是氧氣，而不是二氧化碳。但問題是，銥是唯一能在嚴苛的酸性環境中承受水分子被剪切分離的元素之一。而銥是地球上最稀有的金屬之一，很難找到，因此PEM 設備很難大規模製造。

西班牙光子科學研究所（ICFO）進行了一項新研究，以下的影片對此進行了詳細介紹。

新型催化劑揭示了水在綠色氫氣生產中的隱藏力量

基本上，ICFO 的研究人員創造了一種由鈷和鎢等常見元素製成的陽極催化劑。但為了保護陽極免受電解過程中預期會發生的降解，他們採取了一種獨特的方法，即用水浸漬鈷鎢氧化物–水正是陽極催化劑的工作介質。

研究的第一作者拉尼特-拉姆（Ranit Ram）說：「在計畫開始時，我們就對水本身作為水電解中的潛在作用感到好奇。以前沒有人以這種方式主動定制過這種水的界面”。

結果是，在電解過程中，當新陽極因失去材料而降解時，水和氫氧化物–這兩種在電解過程中普遍存在的化合物–就會洶湧而入，填補陽極留下的孔洞。這樣就形成了一種水性屏蔽，防止陽極過快降解。

在使用PEM 反應器進行的測試中，這種新材料表現出色。主要合著者Lu Xia 博士說：”我們將電流密度提高了五倍，達到了1 A/cm2 – 這在該領域是一個非常具有挑戰性的里程碑。但關鍵是，在如此高的密度下，我們也實現了超過600 小時的穩定性。

研究人員承認，這種新型水浸漬合金的穩定性不如目前的陽極，但他們表示，這項發現可以彌補這一不足，因為它展示了一種不依賴稀缺金屬的高效PEM 方法。事實上，研究小組表示，該工藝甚至可以與其他材料一起使用，這一點非常可取，因為鈷通常來自使用童工的礦場。

研究參與者、ICFO 教授加西亞-德-阿爾奎爾（García de Arquer）說：”鈷雖然比銥更豐富，但考慮到它的來源，仍然是一種非常令人擔憂的材料。這就是為什麼我們正在研究基於錳、鎳和許多其他材料的替代品。

PEM 研究報告已發表在《科學》雜誌上。