尿液，而非水，用于高效生产绿氢

这些独特的系统揭示了经济高效生产"绿色"氢气（一种可持续的可再生能源）的新途径，并具有修复水生环境中含氮废物的潜力。

通常，氢气是通过电解法将水分解为氧气和氢气来产生的。这是一项有望帮助应对全球能源危机的技术，但该过程能耗巨大，与从化石燃料中提取氢气（灰色氢气）相比成本过高，且化石燃料制氢过程因其产生的碳排放而本身不可取。

相较于水，利用尿素制氢的电解系统能耗显著降低。

尽管具有这一优势，现有的尿素电解系统仍面临若干局限，例如可提取的氢气量低，以及会产生有毒且与氢气生产竞争的不良含氮副产物（硝酸盐和亚硝酸盐），这进一步降低了系统整体效率。

澳大利亚研究理事会卓越碳科学与创新中心 (COE-CSI) 和阿德莱德大学的研究人员开发了两种尿素电解系统，克服了上述问题，并能以低于或等同于灰色氢气生产成本的经济成本生产绿色氢气。

每套系统的研究分别发表于不同期刊：一篇发表在《德国应用化学》，另一篇发表在《自然-通讯》。博士研究生高昕彤是《德国应用化学》论文的第一作者，她来自阿德莱德大学的研究团队，该团队由COE-CSI首席研究员郑尧教授和COE-CSI副主任、首席研究员乔世璋教授领导，两位教授均来自化学工程学院。

利用纯尿素制氢并非新技术，但该团队发现了一种更易获取且更具成本效益的工艺，使用尿液作为纯尿素的替代来源。

"虽然我们尚未解决所有问题，但如果这些系统实现规模化，我们的系统会产生无害的氮气而非有毒的硝酸盐和亚硝酸盐，并且任一系统都可比水分解系统节省20-27%的电力消耗，"郑尧教授说。

"我们需要以碳中和的方式降低制氢成本。我们首篇论文研究的系统，虽然采用了独特的无膜系统和新型铜基催化剂，但使用的是纯尿素——其生产过程依赖能耗巨大且释放大量CO₂的哈伯-博施合成氨工艺。

"我们通过使用绿色尿素来源——人类尿液——解决了这个问题，这是我们第二篇论文所研究系统的基础。"

尿液或尿素也可来源于污水和其他富含含氮废物的废水。然而，尿液在电催化系统中会引发另一个问题：尿液中的氯离子会触发反应产生氯气，导致系统阳极（发生氧化和电子流失的部位）发生不可逆腐蚀。

"在第一个系统中，我们开发了一种创新的高效无膜尿素电解系统用于低成本制氢。在这第二个系统中，我们开发了一种新颖的氯介导氧化机制，利用碳载铂基催化剂从尿液中制取氢气，"乔世璋教授说。

铂是一种昂贵、稀有且储量有限的金属，其作为催化材料的日益增长需求不可持续。开发变革性碳催化剂技术以服务传统能源和化工产业，是ARC卓越碳科学与创新中心的核心使命。

阿德莱德大学团队将基于这项基础研究，开发碳载非贵金属催化剂，用于构建无膜尿液-废水处理系统，在修复废水环境的同时实现更低成本的绿色氢气回收。