创新太阳能驱动空气基氢能系统性能评估——解决干旱地区淡水依赖的可持续方案

【编辑推荐】本研究针对传统电解水制氢对淡水资源的依赖问题，开发了基于吸湿性电解质的太阳能空气制氢系统(SAHP)。通过量化不同温湿度条件下的产氢率(1.365 L/h@310 mA/cm2)、水蒸气吸收率及法拉第效率，证实该系统在干旱地区应用潜力，为可再生能源制氢提供了新型技术路径。

　　

全球变暖背景下，传统化石能源的碳排放问题日益严峻。NASA数据显示2023年全球气温较基准期升高1.36°C，而国际能源署(IEA)统计显示2021年全球能源消耗达14,477百万吨油当量。绿色氢能作为零碳能源载体，其生产却面临"水-能悖论"——电解水制氢需消耗大量淡水资源，这与太阳能丰富的干旱地区水资源匮乏形成矛盾。

达米埃塔大学农学院卓越研究中心的研究人员创新性地提出太阳能驱动空气基氢能系统(SAHP)，通过吸湿性电解质(30%wt.酸浓度)直接从空气中捕获水蒸气进行电解。该系统在25°C、80%相对湿度条件下实现1.365 L/h产氢率，电流密度达310 mA/cm²，相关成果发表于《Renewable Energy》。研究采用光伏供电、可调气流(0-150 m³/h)和变湿度控制(蒸发率≤300 ml/h)的实验系统，结合电化学阻抗谱(EIS)和扫描电子显微镜(SEM)进行性能表征。

【空气基氢能系统】采用多孔碳电极和Nafion 212膜构建电解槽，吸湿性电解质替代传统液态水，实现大气水分子直接电解。

【材料选择】通过成本效益分析选用镀铂钛阳极和镍泡沫阴极，在保持催化活性同时降低贵金属用量。

【实验结果】在25-40°C、30-80%湿度范围内，系统保持85%以上法拉第效率；吸湿速率与Greenewalt模型吻合，30%wt.酸浓度时达到最佳水分子捕获效率。

【对比研究】相较传统PEM电解槽，SAHP系统淡水消耗降低92%，在同等电流密度下能耗减少15%。

该研究突破性地将大气水分子作为可再生水源，为中东和北非(MENA)等太阳能丰富但缺水地区提供了可行的绿氢制备方案。系统集成吸湿捕获与电解技术，实现每立方米空气提取9.8g水制氢的效能，标志着第二代电解水技术向环境适应性方向的重要进展。研究同时指出，未来需优化电解质再生循环以提升系统持续运行能力，这项创新为全球碳中和目标提供了新的技术支撑。