陽光與海水打造低成本綠氫 還能產出飲用水

由康乃爾大學主導的研究團隊，成功開發出一項突破性技術，能夠利用太陽能電解海水，以低成本生產零碳排的「綠氫」。更棒的是，這個過程還能產出可飲用的淡水，可謂一舉兩得。

這套名為「混合式太陽能蒸餾-水電解」(HSD-WE)的裝置，已發表在《能源與環境科學》期刊。目前每小時可產出200毫升氫氣，能源轉換效率達12.6%。研究人員預估，15年內可將綠氫生產成本降至每公斤1美元，這對實現2050淨零排放目標至關重要。

「水與能源都是日常生活必需品，但傳統上要生產更多能源，往往需要消耗更多水資源。」康乃爾大學機械與航太工程學系助理教授張樂南解釋：「全球三分之二人口正面臨缺水危機，這也成為綠氫生產的瓶頸，直接反映在成本上。」

傳統綠氫生產需使用去離子水進行電解，大量純淨水的需求導致成本居高不下，約是普通氫氣的10倍。「我們想到地球上最豐富的資源是什麼？陽光和海水幾乎取之不盡，而且完全免費。」張樂南說。

這項技術源自張樂南在麻省理工學院時期的研究，當時他開發出利用太陽能進行海水淡化的技術，更獲選《時代》雜誌「2023年最佳發明」。2024年轉任康乃爾後，他獲得美國國家科學基金會支援，將技術擴充套件至綠氫生產領域。

研究團隊與麻省理工學院、約翰霍普金斯大學及密西根州立大學合作，開發出10公分見方的原型裝置。該裝置巧妙利用太陽能板效率不足的特性——通常只有約30%陽光能轉為電力，其餘成為廢熱。團隊設計讓這些廢熱用來加熱海水使其蒸發。

「短波長陽光與太陽能電池作用產生電力，長波長光則產生廢熱來驅動海水淡化。」張樂南說明：「這樣就能充分利用所有太陽能，完全不浪費。」

關鍵在於裝置中的毛細芯結構，能將水吸附成與太陽能板直接接觸的薄膜。如此只需加熱薄膜而非大量海水，蒸發效率可提升至90%以上。蒸發後留下的鹽分被分離，淡水蒸氣冷凝後進入電解槽，分解為氫氣和氧氣。

「這是高度整合的技術，設計極具挑戰性。」張樂南表示：「我們首次能產出足夠水量滿足氫氣生產需求，同時還有餘裕提供飲用水，真正達到一石二鳥的效果。」

目前綠氫生產成本約每公斤10美元，但憑藉取之不盡的陽光與海水，研究團隊預估15年內可將成本降至1美元。張樂南更看好這項技術整合至太陽能發電場的潛力，除了生產氫氣，還能幫助冷卻太陽能板，提升效率並延長使用壽命。

「我們既要避免碳排放與汙染，同時也重視成本，因為成本越低，大規模應用的市場潛力就越大。」張樂南充滿信心地說：「這項技術未來絕對大有可為。」

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