氢作为一种强大、清洁的燃料来源大有可为--只要制造氢的过程也是绿色的。一份新的报告显示了获得真正的绿色氢气有多么困难，而一项新的研究则消除了制造氢气的障碍。

荷兰拉德布德大学和埃因霍温理工大学的研究人员基安-德-克莱因（Kiane de Kleijne）今天在《自然-能源》（Nature Energy）杂志上发表的一篇论文指出，氢气的生产往往会导致大气中二氧化碳（CO2）的增加。这在一定程度上是因为部分氢气来自天然气生产。

有一些更环保的制氢方法，比如利用太阳能或风能来驱动氢从水分子中分离出来的过程，但 De Kleijne 认为，在这种情况下，需要考虑创建这些设施的碳足迹。事实上，绿色能源在非洲或巴西等风力和阳光充足的地方最为有效，这也意味着在那里生产的氢气需要运往世界其他地方使用，这再次增加了其碳足迹。

De Kliejne 说："如果以这种方式审视整个生命周期，绿色氢气通常（但肯定不总是）会带来二氧化碳减排。在使用风能而非太阳能的情况下，二氧化碳减排量通常更高。未来，随着更多的可再生能源被用于制造风力涡轮机、太阳能电池板和电解槽用钢等，这种情况将得到进一步改善。"

在此之前，一种名为质子交换膜（PEM）的流行制氢工艺的新突破可能会有所帮助。

质子交换膜是一种水电解工艺，能从水分子中分离出氢。除了为该工艺提供电力的碳成本之外，PEM 还被认为是一种绿色技术，因为它的唯一输出是氧气，而不是二氧化碳。但问题是，铱是唯一能在苛刻的酸性环境中承受水分子被剪切分离的元素之一。而铱是地球上最稀有的金属之一，很难找到，因此 PEM 设备很难大规模制造。

西班牙光子科学研究所（ICFO）开展了一项新研究，下面的视频对此进行了详细介绍。

新型催化剂揭示了水在绿色制氢中的隐藏力量

基本上，ICFO 的研究人员创造了一种由钴和钨等常见元素制成的阳极催化剂。但为了保护阳极免受电解过程中预计会发生的降解，他们采取了一种独特的方法，即用水浸渍钴钨氧化物--水正是阳极催化剂的工作介质。

该研究的第一作者拉尼特-拉姆（Ranit Ram）说："在项目开始时，我们就对水本身作为水电解中的潜在作用感到好奇。以前没有人以这种方式主动定制过这种水的界面"。

结果是，在电解过程中，当新阳极因失去材料而降解时，水和氢氧化物--这两种在电解过程中普遍存在的化合物--就会汹涌而入，填补阳极留下的孔洞。这样就形成了一种水性屏蔽，防止阳极过快降解。

在使用 PEM 反应器进行的测试中，这种新材料表现出色。主要合著者 Lu Xia 博士说："我们将电流密度提高了五倍，达到了 1 A/cm2 - 这在该领域是一个非常具有挑战性的里程碑。但关键是，在如此高的密度下，我们还实现了超过 600 小时的稳定性。因此，我们达到了非铱催化剂的最高电流密度和最高稳定性。"

研究人员承认，这种新型水浸渍合金的稳定性不如目前的阳极，但他们表示，这一发现可以弥补这一不足，因为它展示了一种不依赖稀缺金属的高效 PEM 方法。事实上，研究小组表示，该工艺甚至可以与其他材料一起使用，这一点非常可取，因为钴通常来自使用童工的矿山。

研究参与者、ICFO 教授加西亚-德-阿尔奎尔（García de Arquer）说："钴虽然比铱更丰富，但考虑到它的来源，仍然是一种非常令人担忧的材料。这就是为什么我们正在研究基于锰、镍和许多其他材料的替代品。如有必要，我们将研究整个元素周期表。我们将探索和尝试我们在研究中报告的这种设计催化剂的新策略。"

PEM 研究报告已发表在《科学》杂志上。