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据《日本经济新闻》12月16日报道，日本理化学研究所等机构组成的研究团队开发出一种利用水制取氢气的低成本方法，主要用到了在地球上储量丰富的锰。一直以来，锰因其易降解性而被认为不适合用于制氢。但研究人员赋予了其自我修复功能，即使在承受较大负荷的情况下仍能持续被使用超过2000小时。 锰的价格约为传统制氢金属铱的六万分之一，这意味着制氢成本可能会大幅降低。这项与韩国研究机构合作取得的成果已经发表在英国科学期刊《自然-可持续发展》杂志上。 富士经济集团的一项调查显示，2024财年水电解设备的市场规模达到约9000亿日元(约合58亿美元)，2040财年将进一步扩大至9万亿日元。 水电解装置主要分为两大类：一类是“质子交换膜”(PEM)电解系统，另一类是“碱性”电解系统。PEM电解系统面临价格方面的挑战，因为它们使用昂贵的金属铱作为催化剂。 全球铱的年产量仅为8吨，交易价格为每克2.2万日元。铱被认为是世界上最昂贵的金属之一，甚至超过了黄金和铂金。在核心部件中，铱的成本就占到40%以上，是导致氢气生产成本居高不下的主要因素。 理化学研究所的一个研究小组专注于氧化锰催化剂的研究。根据日本财务省的贸易统计数据，目前锰的进口价格略低于每公斤400日元，约为铱价格的六万分之一。 然而，氧化锰催化剂会逐渐溶解在装置内部的溶液中，并且容易受到电压波动的影响。风能和太阳能等可再生能源无法做到稳定发电，会对催化剂造成压力，导致其快速溶解。而除铱以外的其他材料难以承受这种波动。 理化学研究所的研究人员并没有试图阻止催化剂溶解，而是寻求一种再生已溶解催化剂的方法。他们发现，在作为氢离子通道的组分中添加一种特定的添加剂，可以使溶解的锰离子在催化剂表面再生，实现自我修复。 研究人员利用模拟可再生能源发电的电压波动进行了实验。在正常情况下，由于浸出效应，氧化锰催化剂在200次测试后几乎失去活性。然而，添加该添加剂后，即使经过约700次测试，催化剂仍能保持90%以上的初始性能，并稳定运行超过2000小时。几乎100%的溶解锰离子都实现了自我修复。 下一步的目标是在真实的电解水环境中验证这种自修复功能。 在可预见的未来，水电解装置的市场将持续扩大，预计新装置将在2030年至2040年左右投放市场。 国际能源署的一份报告显示，截至2025年，碱性电解装置将占总装机量的60%，而理化学研究所正在研发的PEM电解装置仅占20%。碱性催化剂容易因可再生能源的波动而降解，因此，如果价格低廉、高度耐用的PEM型设备能够上市，则有可能取代碱性催化剂的市场份额。 |
