新技術可降低制氫成本

日前，2022年中國十大科技進展新聞在京揭曉，其中“海水里原位直接電解制氫”和“二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸”兩項研究尤為引人注目。

深圳團隊破解難題

氫能作為新一代清潔能源，電解水制備氫是一種綠色且高效的方法，但使用淡水資源作為電解液，無疑加劇了淡水資源短缺問題。海水直接電解制氫，業界公認是最理想的制氫方案，不過這種方法被提出半個世紀以來，其技術上一直缺乏革命性的突破，無法進行工業化應用。

2022年11月30日，中國工程院院士謝和平與他指導的深圳大學、四川大學博士生團隊在《自然》發表論文，以物理力學與電化學相結合的全新思路，建立了相變遷移驅動的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術。該技術徹底隔絕了海水離子，實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫，即在海水里原位直接電解制氫。該成果破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領域的半世紀難題。

與此同時，團隊研制了全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術與裝備，在深圳灣海水中連續運行超3200小時，令人信服地從海水中實現了穩定和規模化制氫過程。此外，進一步開發了酸性和堿性固態凝膠電解質，以表明相變遷移策略適配不同電解質材料并有望伴隨PEM和AEM電解技術迭代發展。同時，該原理技術可探索推廣到多元化水資源(如河水、廢水、鹽湖等)直接原位制氫，為資源富集濃縮與能源生產提供多效利用新思路。

該項研究成果發布后，業界紛紛介入，希望能盡早進行產業化落地。去年12月16日，謝和平院士團隊與東方電氣股份有限公司、東方電氣(福建)創新研究院有限公司簽署“海水無淡化原位直接電解制氫原創技術中試和產業化推廣應用”的四方合作協議。

二氧化碳“變廢為寶”

將二氧化碳人工轉化為高附加值化合物，“變廢為寶”，是科技界持續攻關的重要領域。此前，我國科學家在世界上首次實現了二氧化碳到淀粉的完整合成，成為震撼全球科技圈的熱點新聞。那么，二氧化碳除了“變”淀粉，還能“變”其他東西嗎？這次，科學家們將二氧化碳高效還原合成高濃度乙酸，進一步利用微生物可以合成葡萄糖和油脂。

該研究成果由電子科技大學夏川課題組、深圳先進院于濤課題組和中國科學技術大學曾杰課題組共同完成，2022年4月28日，以封面文章形式發表于《自然—催化》上。

二氧化碳究竟是如何變成葡萄糖和油脂的呢？研究團隊首先要把二氧化碳轉化為可供微生物利用的原料——乙酸，方便微生物發酵。隨后，研究團隊利用釀酒酵母這一微生物來合成葡萄糖。據悉，研究團隊通過改造釀酒酵母來提高合成的葡萄糖產量。于濤表示，經過改造后的工程酵母菌株的葡萄糖產量達到2.2g/L。

據介紹，這種通過電催化結合生物合成的新型催化方式，可以有效提高碳的附加值。未來，如果要合成淀粉、制造色素、生產藥物等，只需保持電催化設施不改變，更換發酵使用的微生物就能實現。“該工作開辟了電化學結合活細胞催化制備葡萄糖等糧食產物的新策略，為進一步發展基于電力驅動的新型農業與生物制造業提供了新范例，是二氧化碳利用方面的重要發展方向。”中國科學院院士、上海交通大學教授鄧子新評價道。