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廢氣再利用! 元智以「TiFe基合金」純化氫氣自生電
新知
第1787期
廢氣再利用! 元智以「TiFe基合金」純化氫氣自生電
2023-11-30
【記者黎昕俞綜合報導】由於氫的分子結構不含碳,因此在未來減碳的趨勢下,氫能源受到廣泛關注。由元智大學機械工程學系副教授沈家傑帶領學生謝睿宇、曹珺傑及孫嘉宇,研發出「TiFe基氫氣純化發電組」,可在廢棄氣體中純化出氫氣,進而在燃料電池裡與氧氣反應產生電,榮獲2023台灣能「永續能源創意實作競賽」大專綠能創新組金牌。 元智大學機械系師生團隊,研發「TiFe基氫氣純化發電組」,榮獲2023台灣能「永續能源創意實作競賽」大專綠能創新組金牌。 圖/團隊提供在台灣半導體或電子業,生產過程中會產生含有雜質的餘氫。若將當中的廢氣去除,純化後的氫氣便可以循環再利用。因此,研究團隊自製儲氫合金TiFeNi,利用獨有的儲氫能力,將其置入「TiFe基氫氣純化發電組」,讓分離過後的氫氣可以重複使用,並與氧氣反應產生電。經實驗測試,該技術在廢氣中含有50%以上的氫氣時,能夠將其純化至可利用的濃度。 照片右方為「TiFe基氫氣純化發電組」燃料電池主體,將純化後的氫氣注入其中,與氧氣反應可以產生電。 圖/團隊提供由於氫氣與合金進行化學反應時,會放出大量熱能並分解成氫原子。就讀元智大學機械系謝睿宇將純化過程形容為跳棋遊戲,「當氫氣碰到合金表面的空隙時,會像跳棋般進入空隙裡面,接著滲入到更深層的部分,那金屬就會把它卡住,讓氫原子不容易跑出來。」接著,團隊對合金加熱產生分解反應,「氫氣在吸收能量後,可以擺脫合金的束縛,重新跑出來結合成氫分子。」元智大學機械系曹珺傑補充道。 研究團隊自製儲氫合金TiFeNi,可以將氫氣從工業廢氣中分離出來,並且再利用。 圖/團隊提供有別於市面上的儲氫技術需要存放在高壓鋼瓶,團隊使用的儲氫合金TiFeNi因壓力要求較低,不易有破損而大量放出氣體的危險,在使用上的安全性相當足夠。而且,相較起其他儲氫合金材料,因原物料價格高昂故成本居高不下,儲氫合金TiFeNi可大幅降低純化氫氣的成本。惟團隊坦言儲氫合金TiFeNi相較起來使用耐性更低,面對儲氫合金在純化過程中,雜質氣體會隨時間在合金表面聚集,造成阻擋氫氣無法進入其內部的問題。另外,如何讓每次純化氫氣的數量比以往更多,也是團隊目前研究發展目標之一。南臺科技大學化學工程與材料工程系暨研究所副教授蘇順發補充,可以嘗試進行氫氣與其他多種氣體的分離,例如透過化石燃料所產生的氫氣等。他建議道:「除了TiFeNi合金外,可以嘗試其他組合,例如將少數鐵置換成錳、鉻等金屬,試試其純化條件與效率。」 
綠能發展新選擇 電漿子奈米天線提升析氫效率
新知
第1693期
綠能發展新選擇 電漿子奈米天線提升析氫效率
2018-12-21
【記者范莛威綜合報導】氫能源為現今社會發展綠能的重要方向,除了化石能源製造氫之外,另一種方法則為電解海水取得氫,可因此法成本較高尚未普及。國立清華大學材料所博士生沛維翠和蘇東盛,在清大材料所教授嚴大任的指導下,完成了「電漿子奈米天線搭配雙層二硫化鉬實現高效率析氫反應」論文,可讓電解海水的析氫效率提升30倍以上,進而降低製氫成本。目前現況大多以化石能源製氫,但因天然氣的成本經常浮動,和開採化石能源消耗地球資源,利用此方法製氫並非最佳,而電解水製造氫,則碰到催化劑二硫化鉬的效率低落、花費高等問題。此研究便是將奈米天線加入進二硫化鉬中,讓整套系統的效率提升。 奈米天線與二硫化鉬結合的示意圖,將奈米天線放置在二硫化鉬薄膜之下。 圖/范莛威製作利用光反應分解水取得氫的過程中,因為二硫化鉬的半導體特性、導電性及化學穩定性佳,故以其為催化劑,而在催化劑中加入電漿子奈米天線,可使二硫化鉬的光催化效應提升,便能捕捉更多的光,蘇東盛說:「就像大力水手吃了菠菜,加入奈米天線的二硫化鉬,析氫的效率就會大大提升。」此研究成果被選為國際能源期刊《前瞻能源材料》(Advanced Energy Materials)十月版的封面故事。 二氧化鉬結合奈米天線產生析氫反應示意圖,該示意圖同時被選上Advanced Energy Materials 期刊封面。 圖/蘇東盛提供在研究中最花時間的,便是構思整個概念,嚴大任說:「主要是和學生討論奈米天線的設計,以及如何最佳化它的效率,大致解釋清楚後,學生就會繼續做下去。」嚴大任也提到,研究後的成果要商業化,必須克服降低成本與奈米天線大面積生產的問題。「目前奈米天線是以電子束微影製作,成本高且時間長,未來將尋找替代製成來大面積製造。」蘇東盛補充。除了製造氫之外,如何運送且保存氫也是一大困難。在氣體中,氫氣屬於易燃氣體,高壓儲存也容易導致爆炸。且氫為無味氣體,若是洩漏在空氣中,也會難以察覺。氫能的應用範圍相當廣泛,例如:燃料電池汽車、燃料電池發電等等,且氫氣屬於環境友善能源,採用氫氣發電不會排放大量二氧化碳。立法院於2015年通過「溫室氣體減量及管理法」,將對排放溫室氣體的企業收費。蘇東盛說:「而若未來達成大量產氫的目標,相信對於未來能源的選項提供另一種選擇。」
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