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由韓國能源研究所（Korea Institute of Energy Research）Eun-Jin Joa博士領導的研究小組改進了利用廢物中的微生物產生氫氣的生物電解質電池的核心部件，從而解決了現有工藝的功率損失問題，并開辟了擴大工藝規模的可能性。
沼氣是微生物在有機廢棄物中分解有機物的過程中產生的氣體。如果在高溫下與蒸汽發生反應或進行熱分解，就會產生綠色氫氣，因此作為碳中和技術備受關注。然而，由于生產過程中二氧化碳的排放和維持高溫環境所需的大量能源消耗，迄今為止尚未實現商業化。
為了取代這一點，美國和歐洲等海外主要國家一直在積極研究使用生物電解槽制氫的工藝。其原理是，當廢物和電力供應給生物電解槽時，微生物消耗有機物時產生的電子和氫離子結合在一起產生氫氣。
生物電解槽是一種將微生物的生物代謝與電化學反應相結合，產生能量（電、氫、甲烷等）或有用化學物質的系統。它是一種可以同時處理廢物和產生能源的環保技術，因此備受關注。
生物電解工藝在環境和成本方面都具有優勢，因為它比現有工藝排放更少的二氧化碳，并且可以在低溫環境中運行。但隨著工藝規模的擴大，電化學反應物質的運動路徑增加，電阻增大，其局限性在于功率損耗增大。
為了解決現有生物電解槽的功率損耗問題，研究團隊自主改進了電池的基本單元，并將其應用于制氫過程中。與使用現有生物電解槽的制氫工藝相比，該工藝的氫氣產率和電子產率分別提高了1.2倍和1.8倍。
新開發的生物電解電池使用了研究小組開發的新零間隙技術。零間隙是一種常用的方法，用于最小化組成電池的電極和分離器之間的間隙，從而減少電阻并最大化反應效率。
然而，現有的零間隙結構被簡單地配置為將電極和膜夾在一起，因此當該工藝擴大規模時，會發生壓力不平衡，在電極和膜之間產生小間隙。這導致效率的部分下降，并導致阻力再次增加。
研究團隊成員
另一方面，研究小組開發的零間隙結構有一個圓柱形的蓋子，蓋子閉合時產生的壓力可以均勻地推動電極的背面，完全密封電極和分離器。由于這可以在該工藝擴大規模時同樣適用，因此預計它將在生物電解電池的商業化中發揮重要作用。
研究組將開發的生物電解電池應用到制氫過程中，其電子產出量是現有工藝的1.8倍，最終氫氣產出量提高了1.2倍。在大規模開發初期的中試試驗中也保持了相同的性能，并通過該試驗獲得了韓國測試實驗室的官方認證，證明了其有效性。
首席研究員Eun-Jin Jo博士表示：“此次技術開發不僅解決了國內有機廢棄物處理的環境和經濟問題，而且在高效生產清潔氫氣方面取得了重大進展。如果開發的高性能生物電解電池商業化，將為向碳中和和氫社會的過渡做出巨大貢獻。”
另外，該研究結果得到了國立科學研究財團“未來氫源技術開發事業”的支持，并發表在環境科學領域的國際權威雜志《全環境科學》（Science of The Total Environment）上。
（素材來自：Korea Institute of Energy Research 全球氫能網、新能源網綜合） |
