氫燃料技術(shù)在英國(guó)再生能源藍(lán)圖居關(guān)鍵地位，希望在 2050 年前將氫氣年生產(chǎn)量從 27TWh 提升到 860TWh，但該國(guó)想利用環(huán)保制氫技術(shù)來(lái)達(dá)成目標(biāo)，而太陽(yáng)能制氫技術(shù)目前尚有高成本與低效率等挑戰(zhàn)。

為解決此問(wèn)題，蘇格蘭赫瑞瓦特大學(xué)(Heriot-Watt)機(jī)械工程助理教授 Jin Xuan 與耶魯大學(xué)、香港城市大學(xué)、華東理工大學(xué)攜手改良太陽(yáng)能制氫技術(shù)，讓氫氣逐步成為再生能源一環(huán)節(jié)。

光電化學(xué)(photoelectrochemical，PEC)電解水技術(shù)為太陽(yáng)能制氫方式之一，借由太陽(yáng)能與催化劑將水分解成氫與氧，以往 PEC 電解水技術(shù)需要消耗 1.23 電子伏特(eV)，且只有某一 UV 波段才能促使其進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致大范圍光譜被浪費(fèi)。

該團(tuán)隊(duì)研發(fā)酸鹼值差異(pH-differential)設(shè)計(jì)，將能量需求降至 0.35 eV，透過(guò)單獨(dú)改變每個(gè)電極的 pH 值，讓電解水制程的熱力學(xué)(thermodynamics)全然不同，使 PEC 電解水技術(shù)可用更便宜與更多光譜來(lái)運(yùn)作。

為了要適應(yīng)酸鹼值差異，新型微型系統(tǒng)(microsystem)會(huì)產(chǎn)生獨(dú)特的微流體(microfluidic)模式，并讓酸性和鹼性電解質(zhì)可同時(shí)存于相同電池中。而新系統(tǒng)也可降低 PEC 電解水三分之二成本，將太陽(yáng)能燃料轉(zhuǎn)換效率提高 20%。

Xuan 教授表示，不管是在英國(guó)還是全球，成本皆為太陽(yáng)能制氫技術(shù)最大挑戰(zhàn)，其成本約為風(fēng)能與生質(zhì)能的 2 倍，而新系統(tǒng)將能使用更廉價(jià)、更唾手可得的材料制成，意味著該技術(shù)可以輕松達(dá)到商業(yè)化，并滿足日益增長(zhǎng)的氫燃料需求，團(tuán)隊(duì)目前也已實(shí)際將技術(shù)用于燃料電池中。

蘇格蘭再生能源組織(Scottish Renewables)資深政策經(jīng)理 Hannah Smith 表示，這項(xiàng)研究讓英國(guó)的再生能源資源可能性更加多樣化，綠能氫氣可用于家庭供暖與氫燃料電池車，并加速英國(guó)脫碳速度。

赫瑞瓦特大學(xué)首席科學(xué)家 John Underhill 則指出，如何實(shí)現(xiàn)低碳且安全的能源是目前最大挑戰(zhàn)之一，而赫瑞瓦特大學(xué)正在測(cè)試新能源系統(tǒng)的可行性研究，這將有助于未來(lái)能源轉(zhuǎn)型。