新技术可降低制氢成本

日前，2022年中国十大科技进展新闻在京揭晓，其中“海水里原位直接电解制氢”和“二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸”两项研究尤为引人注目。

深圳团队破解难题

氢能作为新一代清洁能源，电解水制备氢是一种绿色且高效的方法，但使用淡水资源作为电解液，无疑加剧了淡水资源短缺问题。海水直接电解制氢，业界公认是最理想的制氢方案，不过这种方法被提出半个世纪以来，其技术上一直缺乏革命性的突破，无法进行工业化应用。

2022年11月30日，中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学、四川大学博士生团队在《自然》发表论文，以物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该技术彻底隔绝了海水离子，实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢，即在海水里原位直接电解制氢。该成果破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域的半世纪难题。

与此同时，团队研制了全球首套400L/h海水原位直接电解制氢技术与装备，在深圳湾海水中连续运行超3200小时，令人信服地从海水中实现了稳定和规模化制氢过程。此外，进一步开发了酸性和碱性固态凝胶电解质，以表明相变迁移策略适配不同电解质材料并有望伴随PEM和AEM电解技术迭代发展。同时，该原理技术可探索推广到多元化水资源(如河水、废水、盐湖等)直接原位制氢，为资源富集浓缩与能源生产提供多效利用新思路。

该项研究成果发布后，业界纷纷介入，希望能尽早进行产业化落地。去年12月16日，谢和平院士团队与东方电气股份有限公司、东方电气(福建)创新研究院有限公司签署“海水无淡化原位直接电解制氢原创技术中试和产业化推广应用”的四方合作协议。

二氧化碳“变废为宝”

将二氧化碳人工转化为高附加值化合物，“变废为宝”，是科技界持续攻关的重要领域。此前，我国科学家在世界上首次实现了二氧化碳到淀粉的完整合成，成为震撼全球科技圈的热点新闻。那么，二氧化碳除了“变”淀粉，还能“变”其他东西吗？这次，科学家们将二氧化碳高效还原合成高浓度乙酸，进一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

该研究成果由电子科技大学夏川课题组、深圳先进院于涛课题组和中国科学技术大学曾杰课题组共同完成，2022年4月28日，以封面文章形式发表于《自然—催化》上。

二氧化碳究竟是如何变成葡萄糖和油脂的呢？研究团队首先要把二氧化碳转化为可供微生物利用的原料——乙酸，方便微生物发酵。随后，研究团队利用酿酒酵母这一微生物来合成葡萄糖。据悉，研究团队通过改造酿酒酵母来提高合成的葡萄糖产量。于涛表示，经过改造后的工程酵母菌株的葡萄糖产量达到2.2g/L。

据介绍，这种通过电催化结合生物合成的新型催化方式，可以有效提高碳的附加值。未来，如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等，只需保持电催化设施不改变，更换发酵使用的微生物就能实现。“该工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例，是二氧化碳利用方面的重要发展方向。”中国科学院院士、上海交通大学教授邓子新评价道。