一种突破性的制氢方法有望大幅降低清洁燃料的生产成本并简化生产流程。伯明翰大学的研究人员研发了一种钙钛矿基催化剂，能在远低于现有技术的温度下将水分解为氢气，这将有望使工厂、钢厂、水泥厂和可再生能源场所能够将废热转化为高价值的氢气。
氢是宇宙中含量最丰富的元素，被广泛视为一种重要的清洁能源。作为燃料使用时，它仅产生水和热量，而不产生化石燃料所关联的二氧化碳和其他污染物。氢气还可以为发电的燃料电池提供动力。尽管有这些优势，目前约95%的氢气生产仍然依赖于化石燃料。
新催化剂大幅降低氢气生产温度
一种有前景的制氢方法是热化学水分解，该过程利用催化剂将水分解为氢气和氧气。现有的热化学系统需要极高的温度。水分解通常发生在700-1000 oC，而催化剂再生步骤往往需要1300-1500 oC的温度才能开始下一个生产周期。
由伯明翰大学化工学院丁玉龙教授领导的研究团队表明，使用钙钛矿催化剂可以显著降低这些温度。
根据发表在《国际氢能期刊》上的研究结果，新催化剂在150-500 oC的温度下产生了大量氢气。它还可以在700-1000 oC的温度范围内再生，比现有方法低约500 oC。
丁教授表示：“该工艺较低的总体温度使得氢气可以在可再生能源发电厂附近生产，而且钢铁、水泥、玻璃和化工等基础工业部门拥有丰富的废热，可以作为低温制氢的热源加以利用。如果氢气就地使用，将克服存储和运输带来的障碍，从而在无需昂贵基础设施的情况下实现氢燃料的推广应用。”
相比绿氢和蓝氢的潜在成本优势
研究人员还进行了初步经济分析。结果表明，使用新型钙钛矿催化剂进行水分解生产氢气的成本可能低于绿氢（通过电解水产生）和蓝氢（通过甲烷制取并配合碳捕集与封存产生）。
在可再生能源电力相对便宜的地区，这种经济效益似乎尤为显著，其中包括澳大利亚等国家。
该项目是与北京科技大学（USTB）合作完成的。伯明翰大学目前正致力于在英国和欧洲将该技术商业化。伯明翰大学企业公司已提交专利申请，涵盖BNCF催化剂在低温水分解中的用途，并正在寻求合作伙伴以协助进一步开发该技术。
热化学水分解为何重要
尽管氢是宇宙中含量最丰富的元素，但在地球上纯氢气并不常见。相反，氢通常与其他元素结合存在，最常见的是水和烃类燃料（如天然气、煤炭和石油）中。生产氢气需要将这些化合物分离。
如今，主要的生产方法是蒸汽重整，即将氢气从甲烷中分离出来。这一工艺占全球氢气产量的近一半。然而，它也会产生CO2，除非添加碳捕集与封存系统，否则其环境效益有限。
电解提供了一种更清洁的替代方案，因为它利用电力将水分解为氢气和氧气。即便如此，它仍然比基于甲烷的生产成本更高，目前仅供应全球H2需求的约4%。
其他新兴方法依靠光驱动反应从水中生成氢气。虽然前景广阔，但这些光子技术仍处于早期阶段，并在效率、可扩展性和成本方面面临障碍。
钙钛矿催化剂的工作原理
钙钛矿是一类具有晶格状结构的材料，可以将氧吸收到其晶格框架中，并帮助分解含氧化合物。
伯明翰团队专注于被称为BNCF钙钛矿的特定群体，这类材料由钡、铌、钙和铁制成。这些材料相对丰富，不需要复杂的制造工艺，且不含毒性成分。
研究人员发现，BNCF钙钛矿可以在比先前认为的低得多的温度下吸收氧。在测试的材料中，一种被称为BNCF100的变体表现出了最佳性能。
研究表明，BNCF100可以在比现有水分解催化剂更低的温度下再生，并能在超过10个生产周期中持续产生氢气。X射线衍射分析显示，测试期间材料的结构变化极小，表明其具有很强的稳定性。
丁教授表示：“我们的研究揭示了一种能够在相对较低温度下产生大量氢气的催化剂，初步技术经济研究表明，与成熟的蓝氢和绿氢生产路径相比，该催化剂具有成本效益。”