酸化处理使污水制氢成本降低近半

绿色氢能被视为难以电气化行业脱碳的关键希望，但传统电解水制氢工艺长期依赖超纯水，这不仅推高了成本，还对当地淡水资源造成压力。德国及欧洲地区水资源管理严格，工业用水与生态用水的平衡尤为敏感，因此寻找替代水源成为行业焦点。

普林斯顿大学研究团队在Zui新研究中提出，经过处理的再生污水可作为电解制氢的原料。该研究由首席作者Z. Jason Ren教授领导，他指出虽然每座城市都拥有污水处理厂，但过去尝试直接使用再生水往往因膜污染而失败。Ren教授强调，氢能基础设施通常与城市淡水供应存在竞争关系，而污水处理厂提供了分布广泛的水源潜力。

在电解过程中，水被分解为氢气和氧气。若使用绿色电力，则产生绿色氢能。然而，常规工艺要求使用超纯水，通常需通过反渗透等复杂工艺处理自来水或地下水，以防杂质破坏质子交换膜。研究团队通过实验发现，再生水中常见的钙、镁离子会在膜表面沉积，形成类似水垢的阻塞层，导致系统性能急剧下降。

针对这一难题，团队提出了一种巧妙的解决方案：向再生水中添加进行酸化。形成的酸性缓冲液不仅提供了丰富的质子源，还能有效驱赶钙镁离子，维持膜的离子传导能力。实验数据显示，采用酸化处理的再生水系统可连续运行超过300小时而无明显性能衰减，且无需频繁更换膜组件。

这一技术突破带来了显著的经济效益。研究团队估算，使用再生污水替代超纯水，可将制氢过程中的水处理成本降低约47%，同时使该环节的能耗减少62%。关键在于，所使用的需实现系统内循环，确保不向外排放，既符合环保要求，又具备经济可行性。

目前，研究团队正与工业合作伙伴合作，测试该技术在更大规模下的适用性，并探索是否可利用预处理后的海水作为氢源。相关研究成果已于9月底发表于国际知名期刊《Water Research》。