利用废弃物中的微生物制氢的生物电解槽为大规模生产开辟了可能性

l  能源研究 ，通过使用自主技术开发生物电解槽来解决大规模过程中的功率损失问题。

l  与现有工艺相比，电子产量增加 1.8 倍，氢气生产率提高 1.2 倍

l  发表在环境科学领域世界知名期刊《Science of the Total Environment》的 12 月刊上。

由韩国能源研究所（以下简称“能源研究”）的 Eun-Jin Joa 博士领导的研究团队改进了利用废物中的微生物生产氢气的生物电解质电池的核心部件，从而解决了现有工艺的功率损失问题，并开辟了扩大工艺规模的可能性。

沼气是微生物分解有机废物中有机物过程中产生的气体。当它与高温蒸汽反应或热分解时，它可以产生氢气，这是一种环保能源，因此作为一种有前途的碳中和技术而受到关注。然而，迄今为止，由于生产过程中排放二氧化碳以及维持高温环境所需的大量能源消耗，它尚未商业化。

为了取代这一点，美国和欧洲等海外领先国家一直在积极研究使用生物电解槽的制氢工艺*。其原理是，当废物和电力被供应到生物电解槽时，微生物消耗有机物时产生的电子和氢离子结合产生氢气。

* 生物电解槽 ： 通过将微生物的生物代谢与电化学反应相结合来产生能量（电、氢、甲烷等）或有用化学品的系统。它作为一种可以同时处理废物和产生能源的环保技术而受到关注。

生物电解质工艺在环境和成本方面都具有优势，因为它排放的二氧化碳比现有工艺少，并且可以在低温环境中运行。然而，随着工艺的规模扩大，电化学反应物质的运动路径增加，电阻增加，这在功率损失增加方面具有局限性。

为了解决现有生物电解槽的功率损耗问题，研究团队自主改进了电池的基本单元电池，并将其应用于制氢工艺。与使用现有生物电解槽的制氢工艺相比，开发的电池的氢气生产率高 1.2 倍，电子生产率高 1.8 倍。

新开发的生物电解质电池采用了研究团队开发的新型零间隙技术。零间隙是一种经常使用的方法，用于最小化构成电池的电极和隔膜之间的间隙，从而降低电阻并最大限度地提高反应效率。

然而，现有的零间隙结构只是简单地配置为将电极和膜夹在一起，因此当工艺按比例放大时，会发生压力不平衡，在电极和膜之间产生一个小间隙。这会导致效率部分降低并导致阻力再次增加。

另一方面，研究团队开发的零间隙结构有一个圆柱形的盖子，盖子关闭时产生的压力可以均匀地推动电极的背面，完全密封电极和隔板。由于这在工艺放大时同样适用，因此有望在生物电解质电池的商业化中发挥重要作用。

研究团队将开发的生物电解质电池应用于制氢过程，并成功地产生了比现有工艺多 1.8 倍的电子，并将最终产生的氢气量增加了 1.2 倍。在中试实验中保持了相同的性能，这是大规模开发的初步阶段，并通过这种方式获得了韩国测试实验室的官方认证并证明了其有效性。

首席研究员 Eun-Jin Jo 博士说：“这项技术开发不仅解决了国内有机废物处理的环境和经济问题，而且代表了高效生产清洁能源氢气的重大进步”，并且“如果开发的高性能生物电解电池商业化，将能够为向碳中和和氢能社会过渡做出巨大贡献。

更多信息：Hee-Jun Kim 等人，在连续流微生物电解槽中评估畜牧废水和食物垃圾的混合物作为基质，总体环境科学（2024 年）。DOI： 10.1016/j.scitotenv.2024.176884

翻译人：沈亚皓

来源：

https://fuelcellsworks.com/2024/12/24/clean-energy/bioelectrolyzer-that-produces-hydrogen-from-microorganisms-in-waste-opens-up-possibility-for-large-scale-production