【大紀元2024年05月02日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）隨著人們對AI、電動汽車和芯片等需求量增大，能源的消耗也在加劇，因此增加能源和減少污染成為當前主要課題之一。英國一所大學搞了一項研究，將工業金屬廢料轉變成催化劑增強物，以達到製氫成本降低和廢物再利用的目的。
氫氣是一種石油化工廠常用的原料，也可以製成農業用的尿素、氨氣等化學工業用品。同時氫氣也是常見的燃料，有潛力成為一種常用的能源載體，能夠為車輛提供動力，因為氫氣燃燒時會與空氣中的氧氣形成無毒、無害的水蒸氣。
然而，氫氣的製造卻十分依賴電、水和催化劑。生產氫氣使用的催化劑大多是貴金屬白金（Pt）和鈷（Co），但隨著地緣政治的衝突、美中之間關係逐漸走向冰點和通膨等問題出現，使得黃金、銀和白金等貴金屬價格有上升的趨勢，這使製氫行業正面臨新挑戰，必須找到減少貴金屬使用，或增加氫氣產量的方法。
這次，英國諾丁漢大學（University of Nottingham）化學學院和工程學院的研究人員在尋找良好製氫的催化劑時，意外發現加工業切削出來的金屬屑，不僅能作為催化劑的良好附著體，還能有效減少貴金屬的使用，有利於降低製氫成本。這項研究4月16日發表在英國王家化學學會的《材料化學雜誌》上。
由於全球螺旋車削、銑削和鑽孔等機械加工在切削鋁鎂合金、不鏽鋼、鈦（Ti）、鎳（Ni）及其它合金時，會產生大量低價值金屬屑廢料，但這些廢料大多沒有被有效回收再利用，而是被大量堆放或廢棄，其主要原因是回收的經濟效益低下。
儘管一些金屬屑廢料現在被作為雷射增材製造中粉末的替代品，或作為金屬粉末（固態燒結）的材料，但仍有龐大的廢棄金屬屑被堆放。另外，過去沒有人想到將這些東西用於催化領域。
諾丁漢大學主要使用由螺旋車削的金屬屑進行實驗。因為金屬經由車削後，其表面會形成許多10-50納米（nm）大小的凹槽和突起，這讓金屬形成卓越的表面積，有利於吸附和穩定催化溶液。
研究人員將這種鈦金屬和鎳金屬屑浸泡在含有白金（Pt）和鈷（Co）的溶液裡，使其納米突起和凹槽上生成Pt-Ti和Co-Ni的型態，整個吸附過程不需要額外的溶劑或試劑，就可以讓白金或鈷吸附到鈦和鎳金屬上。
實驗顯示，每平方公分的鈦金屬屑，只需28微克的白金即可以正常生產出可燃燒的氫氣，這是商業催化劑用量的十分之一。每平方公分的鎳金屬屑只要30微克的鈷就可以正常產生助燃的氧氣（O2）。它們兩者的法拉第效率（能量轉化效率）都達到驚人的100%，極具商業價值。
除此之外，研究人員還評估了切削裸鈦（Ti）、不鏽鋼（SST）和鎳（Ni）的金屬屑，在「添加」與「不添加」白金和鈷材料的情況下，它們對於析氫反應（HER）和析氧反應（OER）的結果。
結果顯示，「添加」白金和鈷後的金屬，對於析氧反應（OER）和析氫反應（HER）都比「不添加」的反應要來的高，產量也比原本高出許多。他們還發現，原本「不添加」白金的切削鈦、鎳金屬，在添加白金後它們的活性增加了60倍，而不鏽鋼在添加後活性增加了4倍。
另外，研究人員還對於這些添加過白金的金屬進行長期耐久性測試。結果是鈦、鎳屑的電極都表現出顯著的穩定性，且兩者的電流幾乎沒有下降，不鏽鋼屑則下降15%的電流。
這些實驗證明該裝置只要正確添加適量的白金或鈷，就能增加製造氧氣和氫氣的產能和效率。如果將這項工藝用於實際，將有助於解決現代工業產生的廢棄金屬，和氫氣生產價格昂貴的問題。
該研究小組的領導者、諾丁漢大學化學學院的赫蘇姆·費爾南德斯（Jesum Alves Fernandes）博士對該校的新聞室表示：「英國的工業每年會產生數百萬噸金屬廢棄物，當時我們透過掃描電子顯微鏡對它們進行檢查時，驚訝的發現外表看似光滑的不鏽鋼、鈦或鎳合金切屑，存在許多數十納米寬的凹槽和突起。」
負責分析新材料的結構和電催化活性研究員馬達薩米·坦加穆圖（Madasamy Thangamuthu）表示，「與最先進的商業催化劑相比，我們僅花費十分之一的水和用極少的貴金屬和廢棄金屬，就能夠創造出一種實驗室規模的電解槽生產氫氣，且整體運作效率為100%。」
目前該團隊正在與水吸附有限公司（AqSorption Ltd）合作，以擴大其技術規模。該學院的教授安德烈·赫洛比斯托夫（Andrei Khlobystov）則表示：「我們使用航空航天工業中的金屬廢料，和少量貴金屬的情況下生產出氫氣，整個過程是對於航空航天工業中的金屬廢料的升級改造和再利用。」◇
責任編輯：連書華
