UCLA研究人員利用單反應器方法將塑膠廢料轉化為純氫燃料
重點速覽
- •UCLA與梨花女子大學的研究人員開發了一種鹼性熱處理製程,可將常見的未分類塑膠轉化為零碳排放的高純度氫氣。
- •中國一個研究團隊以每公斤約1.54美元的成本從農業廢料糖分中生產氫氣,使其在成本上可與化石燃料衍生的灰氫競爭。
- •2023年僅有7%的已公布全球綠氫項目按計畫完成,凸顯了該產業嚴重的實施差距。
- •美國和以色列對伊朗戰爭引發的全球石油與天然氣危機,重新激發了將綠氫作為化石燃料替代品的戰略興趣。
- •中國、歐洲和美國正透過政策工具加速氫能投資,包括美國《通膨削減法案》的清潔氫氣稅收抵免和歐盟氫能銀行的拍賣機制。

綠氫曾被譽為海運和煉鋼等難以減排產業脫碳的靈丹妙藥。經歷多年商業化進程停滯後,這項技術正迎來復甦,其推動力包括一系列科學突破,以及在美國和以色列對伊朗戰爭所引發的全球石油與天然氣危機背景下,對化石燃料替代品重新燃起的興趣。
氫氣在工業製程中用途廣泛,可像天然氣、重質燃料油或動力煤一樣在高溫下燃燒,且僅排放水蒸氣。然而,其環保特性完全取決於生產方式。目前工業應用中使用的大部分氫氣屬於灰氫,即利用化石燃料生產的氫氣。相比之下,綠氫是利用再生能源製造的,但它本身也存在一些限制。
國際再生能源總署(IRENA)2022年的一份報告警告不要「不分青紅皂白地使用氫氣」,敦促決策者審慎衡量優先事項。該報告警告稱,廣泛部署綠氫「可能不符合脫碳世界的要求」,因為它「需要專用的再生能源,而這些能源本可用於其他終端用途。」此外,綠氫生產往往成本過高,難以作為化石燃料的實用替代品。
然而,近期的突破已開闢了新的產氫途徑,有望重塑綠氫的經濟性和效率。UCLA Samueli工程學院與韓國梨花女子大學的研究人員開發出一種方法,可透過稱為「鹼性熱處理」(ATT)的製程將塑膠廢料轉化為純氫。
該方法同時解決了兩個相互交織的環境危機。全球塑膠年產量超過4億噸,但經合組織(OECD)估計,歷來僅有約9%的塑膠廢料被回收,其餘則堆積在垃圾填埋場、焚化爐和自然環境中。將這一持久的廢料流直接轉化為氫燃料,提供了依賴專用再生電力的傳統綠氫生產所不具備的雙重效益。
令人矚目的是,該技術可以在不預先分類塑膠的情況下,從可回收材料中生產高純度氫氣。利用單一反應器,該方法可將一些最常見且最難回收的塑膠——聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)——透過熱觸發轉化為氫燃料,且達到零碳排放。研究結果已於本月發表在科學期刊PNAS上。
UCLA化學與生物分子工程教授兼該研究的共同通訊作者Ah-Hyung "Alissa" Park在接受Interesting Engineering採訪時表示:「我們正在同時解決兩個緊迫的全球性問題。塑膠廢料正以驚人的速度累積,而清潔氫氣對能源脫碳至關重要。這項技術以創新且可擴展的方式應對了這兩大挑戰。」
UCLA的這項發現是將廢料轉化為清潔氫氣這一蓬勃研究領域的最新成果。今年稍早,中國的一個研究團隊成功將從小麥稈等農業廢料中提取的糖分轉化為氫氣。該方法與標準綠氫製程相比大幅降低了生產成本,每公斤成本約為1.54美元(約每磅0.70美元)——這一價格使其能與灰氫競爭,並接近美國能源部「氫能射箭」計畫在十年內達到每公斤1美元的目標。
這波創新浪潮出現在綠氫似乎正失去動能的漫長低迷期之後。2023年,已規劃的綠氫項目中不到百分之十得以完成。一項追蹤190個項目為期三年的研究發現「2023年存在巨大的實施差距,全球產能公告中僅有7%按計畫完成。」
隨後,綠氫研究的關注度已經回升,因為在極端石油市場波動的背景下,其對能源安全的戰略重要性日益凸顯。中國、歐洲和美國都在加緊努力加速氫能投資——包括透過美國《通膨削減法案》的清潔氫氣生產稅收抵免以及歐盟氫能銀行的拍賣機制——而這種重新聚焦已開始產生實質成果。