清潔能源的可持續來源可能在於舊汽水罐和海水。麻省理工學院的工程師發現，當汽水罐中的鋁以純淨形式暴露並與海水混合時，溶液會起泡並自然產生氫氣，這種氣體隨後可用於為發動機或燃料電池提供動力，而不會產生碳排放。更重要的是，這種簡單的反應可以透過添加一種常見的興奮劑：咖啡因來加速。

在一個學習今天出現在雜誌上細胞報告物理科學，研究人員表明，他們可以將經過預處理的卵石大小的鋁丸放入裝有過濾海水的燒杯中來生產氫氣。鋁經過稀有金屬合金的預處理，可有效地將鋁淨化成可以與海水反應產生氫氣的純淨形式。這鹽離子海水中的合金反過來又可以吸引並回收合金，合金可以重新利用以在可持續循環中產生更多的氫氣。

研究團隊發現，鋁和海水之間的反應成功地產生了氫氣，儘管速度很慢。他們一時興起，在混合物中加入了一些咖啡渣，令他們驚訝的是，反應速度加快了。

最終，研究團隊發現低濃度的咪唑活性成分咖啡因中的氫足以顯著加速反應，在短短五分鐘內產生相同量的氫氣，而沒有添加興奮劑則需要兩個小時。

研究人員正在開發一種可以在船舶或水下航行器上運行的小型反應器。容器將容納一批鋁丸（從舊汽水罐和其他鋁產品中回收），以及少量的鎵銦和咖啡因。這些成分可以與周圍的一些海水一起定期流入反應堆，以按需生產氫氣。然後氫氣可以為船上發動機提供燃料以驅動電機或發電為船舶提供動力。

「這對於船舶或水下航行器等海上應用來說非常有趣，因為你不必隨身攜帶海水——它很容易獲得，」該研究的主要作者、博士生 Aly Kombargi 說。麻省理工學院機械工程系的學生。

“我們也不必攜帶氫氣罐。相反，我們將運輸鋁作為‘燃料’，只需添加水即可產生我們需要的氫氣。”

研究的共同作者包括化學工程本科生 Enoch Ellis；彼得‧戈達特博士'21，他成立了一家公司，回收鋁作為氫燃料的來源；道格拉斯‧哈特（Douglas Hart），麻省理工學院機械工程教授。

護盾上升

由哈特領導的麻省理工學院團隊正在開發高效且可持續的方法來生產氫氣，它被視為一種「綠色」能源，可以為引擎和燃料電池提供動力，而不產生導致氣候變暖的排放。

用氫氣為車輛提供燃料的一個缺點是，某些設計要求將氣體像傳統汽油一樣裝在車上——考慮到氫氣的揮發性，這是一種危險的設定。哈特和他的團隊轉而尋找用氫氣為車輛提供動力的方法，而無需不斷地運輸氣體本身。

他們在鋁中找到了一種可能的解決方法——鋁是一種天然豐富且穩定的材料，當與水接觸時，會發生簡單的化學反應，產生氫氣和熱量。

然而，該反應存在某種「第二十二條軍規」：雖然鋁與水混合時可以產生氫氣，但它只能在純淨、暴露的狀態下產生氫氣。鋁與氧氣（例如在空氣中）接觸的瞬間，表面立即形成一層薄薄的、屏蔽狀的氧化物層，防止進一步的反應。這種屏障就是當你將汽水罐放入水中時氫氣不會立即冒泡的原因。

在之前的工作中，使用淡水研究團隊發現，透過用少量由特定濃度的鎵和銦製成的稀有金屬合金對鋁進行預處理，他們可以刺穿鋁的屏蔽層並保持與水的反應。該合金可作為“活化劑”，清除任何氧化物堆積並形成可自由與水反應的純鋁表面。

當他們在新鮮的去離子水中進行反應時，他們發現一顆經過預處理的鋁丸在短短 5 分鐘內就產生了 400 毫升氫氣。他們估計，在相同的時間內，1 克顆粒就能產生 1.3 公升氫氣。

但要進一步擴大該系統的規模，需要大量供應鎵銦，而鎵銦相對昂貴且稀有。

「為了使這個想法具有成本效益且可持續，我們必須努力回收這種合金後反應，」Kombargi 說。

在海邊

在該團隊的新工作中，他們發現可以使用離子溶液來回收和再利用鎵銦。離子（帶電荷的原子或分子）可以保護金屬合金不會與水反應，並幫助其沉澱成可以舀出並重複使用的形式。

「對我們來說幸運的是，海水是一種非常便宜且可用的離子溶液，」康巴吉說，他用附近海灘的海水測試了這個想法。「我真的和一個朋友去了裡維爾海灘，我們抓起了瓶子，裝滿了它們，然後我過濾掉了藻類和沙子，在裡面添加了鋁，它得到了同樣一致的結果。”

他發現，當他將鋁添加到裝有過濾海水的燒杯中時，氫氣確實冒出了氣泡。隨後他又挖出了鎵銦。但反應發生的速度比在淡水中慢得多。事實證明，海水中的離子起到了屏蔽鎵銦的作用，使其能夠在反應後聚結並被回收。但離子對鋁也有類似的作用，形成屏障，減緩與水的反應。

當他們尋找加速海水反應的方法時，研究人員嘗試了各種非常規成分。

「我們只是在廚房裡擺弄東西，發現當我們將咖啡渣加入海水中並放入鋁丸時，與僅在海水中相比，反應速度相當快，」康巴吉說。

為了了解加速的原因，團隊聯繫了麻省理工學院化學系的同事，他們建議他們嘗試咪唑——咖啡因中的一種活性成分，它恰好具有可以刺穿鋁的分子結構（允許材料繼續與水反應），同時使鎵銦的離子屏蔽完好無損。

「這是我們的重大勝利，」康巴吉說。“我們擁有了我們想要的一切：回收鎵銦，加上快速高效的反應。”

研究人員相信他們擁有運行可持續氫反應器的基本要素。他們計劃首先在海上和水下航行器上進行測試。他們計算出，這樣一個裝有約 40 磅鋁丸的反應堆，透過向周圍環境泵入水，可以為小型水下滑翔機提供約 30 天的動力。海水並產生氫氣為引擎提供動力。

「我們正在展示一種生產氫燃料的新方法，不攜帶氫氣，而是攜帶鋁作為‘燃料’，」康巴吉說。「下一步是弄清楚如何將其用於卡車、火車，也許還有飛機。也許，我們可以從環境濕度中提取水來產生氫氣，而不是攜帶水。就這樣了。

web.mit.edu/新聞辦公室/），一個熱門網站，涵蓋有關麻省理工學院研究、創新和教學的新聞。引文