《自然評(píng)論清潔技術(shù)》（Nature Reviews Clean Technology）最近的一篇綜述首次提出了擴(kuò)大解耦水電解（DWE）技術(shù)以生產(chǎn)工業(yè)規(guī)模綠色氫的途徑。

氫是一種關(guān)鍵的化學(xué)原料，通常由化石燃料產(chǎn)生，產(chǎn)生大量的二氧化碳排放。由可再生能源驅(qū)動(dòng)的水電解釋放的是氧氣而不是二氧化碳，提供了一種清潔的替代方案。工業(yè)規(guī)模的綠色氫生產(chǎn)是能源轉(zhuǎn)型的圣杯之一，因?yàn)樗鼘⑨尫懦鋈〈澜鐚?duì)化石燃料依賴的潛力。

傳統(tǒng)的電解使用由膜隔開(kāi)的兩個(gè)電極將水分解成氫和氧。這種方法價(jià)格昂貴，有內(nèi)部氫氣泄漏的問(wèn)題，而且與間歇性的太陽(yáng)能和風(fēng)能不相容。

解耦水電解（DWE）通過(guò)在時(shí)間或空間上分離氫氣和氧氣的生產(chǎn)來(lái)克服這些問(wèn)題，從而消除了對(duì)膜的需求。相反，它使用氧化還原材料，可以吸收和釋放產(chǎn)生氧或氫的離子。

本文回顧了不同的DWE方法，并首次提出了可行的擴(kuò)大途徑。作者包括來(lái)自世界各地的頂尖專家：以色列理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的Avner Rothschild教授、格拉斯哥大學(xué)的Mark D. Symes教授、丹麥技術(shù)大學(xué)的Jens Oluf Jensen教授、德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所ISE的Tom Smolinka博士、H2Pro公司的Rotem Arad和Gilad Yogev博士、以色列理工大學(xué)博士后Dr. Guilin Ruan和格拉斯哥大學(xué)的博士生Fiona Todman。

2013年，格拉斯哥大學(xué)的Mark Symes教授和他的合作者率先使用溶液相氧化還原介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了解耦電解。他一直致力于使用各種液體系統(tǒng)進(jìn)行解耦電解，并通過(guò)Clyde Hydrogen systems公司積極嘗試將這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。

2015年，Avner Rothschild教授與以色列理工學(xué)院的同事Gideon Grader教授、Hen Dotan博士和Avigail Landman博士共同開(kāi)創(chuàng)了一項(xiàng)使用鎳基氧化還原電極的新技術(shù)。他們的突破促使H2Pro在2019年成立。

Jens Oluf Jensen教授和Tom Smolinka博士是世界知名的電解槽技術(shù)專家。他們?cè)谫|(zhì)子交換膜（PEM）、陰離子交換膜（AEM）、電極材料方面的工作，以及他們?cè)诖笕萘縋EM和AEM電解槽電池堆中的應(yīng)用，為商業(yè)電解槽的放大和運(yùn)行挑戰(zhàn)提供了有價(jià)值的見(jiàn)解，并為比較破壞性解耦和無(wú)膜電解槽概念奠定了良好的基礎(chǔ)。Rotem Arad和Gilad Yogev提供了將這些概念轉(zhuǎn)化為大規(guī)模綠色制氫技術(shù)的見(jiàn)解。

本綜述首次詳細(xì)介紹了DWE的可行擴(kuò)大戰(zhàn)略。雖然實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的DWE實(shí)驗(yàn)每天產(chǎn)生的氫還不到1克，但工業(yè)系統(tǒng)每天必須產(chǎn)生大約1噸——比這多100萬(wàn)倍。

事實(shí)上，要滿足目前的氫需求，需要大約一百萬(wàn)個(gè)完整的電解槽。另一方面，傳統(tǒng)的工業(yè)電解槽需要穩(wěn)定的電網(wǎng)供應(yīng)，只能在有限的范圍內(nèi)使用，如太陽(yáng)能和風(fēng)能引起的高度動(dòng)態(tài)的功率波動(dòng)。

DWE的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于其通過(guò)氧化還原材料儲(chǔ)存能量的能力，就像內(nèi)置電池的電解槽一樣。這使得它可以緩沖來(lái)自可再生能源的能量波動(dòng)，使其與太陽(yáng)能和風(fēng)能系統(tǒng)高度兼容，從而為低成本、綠色可再生氫生產(chǎn)提供了一條關(guān)鍵途徑。

擴(kuò)大綠色氫氣生產(chǎn)的潛在影響是巨大的。目前，氫市場(chǎng)每年的價(jià)值約為2500億美元。一旦達(dá)到工業(yè)規(guī)模，綠色氫的市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在十年內(nèi)達(dá)到5500億美元。

Rothschild教授預(yù)測(cè)說(shuō)：“綠色氫預(yù)計(jì)將占未來(lái)能源市場(chǎng)的10%。一旦大規(guī)模生產(chǎn)綠色氫并以合理的價(jià)格出售成為可能，氫將取代工業(yè)、重型運(yùn)輸和其他行業(yè)使用的大部分能源。傳統(tǒng)的電解槽應(yīng)該進(jìn)化以適應(yīng)這個(gè)市場(chǎng)，正如達(dá)爾文所指出的，它不是最強(qiáng)大的物種，而是最能夠適應(yīng)和調(diào)整它所處的不斷變化的環(huán)境的物種。我相信DWE就是如此。”

Symes教授闡述道：“解耦電解只有大約12年的歷史。更傳統(tǒng)的技術(shù)，如堿性和質(zhì)子交換膜細(xì)胞，已經(jīng)發(fā)展了幾十年。這為開(kāi)始出現(xiàn)的一些新的解耦系統(tǒng)的擴(kuò)展速度提供了一些背景。按照目前的發(fā)展軌跡，我預(yù)計(jì)未來(lái)十年，解耦電解系統(tǒng)將成為傳統(tǒng)電解槽的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，特別是在將可再生能源轉(zhuǎn)化為綠色氫方面。”

該評(píng)論文章中提出的新想法令人信服，并闡明了擴(kuò)大DWE技術(shù)以造福全人類(lèi)的長(zhǎng)期前景。