绿色氢可以通过联产有价值的化学品来实现经济可行性

太阳能耦合光电化学和氢化装置的图示。该耦合装置利用阳光产生氢气，并使用均相催化剂原位消耗一些产生的氢气来氢化生物质衍生的原料。剩余的氢气可用于能源储存、运输、建筑和工业应用。氢化产品是化学和制药行业需求量很大的有价值的化学品。用于加氢反应的氢气比例可以通过相应地调节生物质原料的供应和催化剂浓度来适应需求。通过在“原料A+催化剂A”和“原料B+催化剂B”之间切换，

它已经起作用了：有几种方法可以利用太阳能分解水并产生氢气。不幸的是，迄今为止，这种“绿色”氢气比天然气中的“灰色”氢气更昂贵。柏林亥姆霍兹中心 (HZB) 和柏林工业大学的一项研究现在展示了来自阳光的绿色氢如何变得有利可图：部分氢用于将生物质衍生的原始化学品升级为高价值的工业化学品。这种联合制作的理念非常灵活;同一工厂可根据需要生产不同的副产品。

为了限制全球变暖，我们需要尽快摆脱化石燃料。因此，在未来的能源系统中，绿色氢将在能源储存方面发挥重要作用，并作为生产各种应用的化学品和材料的可再生原料。目前，氢气主要由化石天然气(“灰”氢)生产。另一方面，“绿色”氢气是通过使用可再生能源电解水来生产的。一种有前途的方法是使用光电化学(PEC)装置利用太阳能生产氢气。然而，来自PEC工厂的氢气比氢气贵得多来自(化石)甲烷。

完全控制反应

由 Fatwa Abdi(在 HZB 工作至 2023 年中期，现就职于香港城市大学)和 Reinhard Schomäcker(UniSysCat，柏林工业大学)领导的团队现已研究当 PEC 装置中产生的一些氢气与衣康酸 (IA) 形成甲基琥珀酸 (MSA)，全部在同一设备内完成。起始材料衣康酸来自生物质并被喂入。甲基琥珀酸是一种高价化合物，是化学和制药行业所需要的。在这项研究中，研究小组描述了如何通过改变工艺参数和均相铑基催化剂的浓度来控制PEC装置中的化学反应，该催化剂是水溶性的并且在室温下已经具有活性。这样，可以使用不同比例的氢气来氢化衣康酸，

工厂从 MSA 11% 的氢气中获利

实际 PEC 工厂整体效率为 10%，并考虑到主要成本以及运营、维护和退役，与化石气体生产相比，纯氢生产仍然过于昂贵。即使 PEC 设备的使用寿命假设为 40 年，情况也是如此。

如果 PEC 反应与氢化过程相结合，这种平衡就会发生变化。即使只有 11% 的氢气转化为 MSA，氢气的成本也会降至每公斤 1.5 欧元，这已经与甲烷蒸汽重整产生的氢气处于同一水平。即使 PEC 装置的使用寿命只有 5 年，情况也是如此!由于MSA的市场价格明显高于氢气，因此更多的MSA会增加盈利能力。在实验中，11% 到 60% 的氢气可以选择性地用于生产 MSA。

此外，之前的一项研究表明，MSA 的联合生产还可以缩短所谓的能源回收时间，即工厂回收其生产所消耗的能源所需的时间。

合拍片可切换

PEC 装置还可以通过简单地改变原料和(可溶性)催化剂来生产其他副产品：例如，丙酮可以氢化成异丙醇。“这是我们联合生产概念的另一个主要优势。我们已经找到了一种有前途的方法，使太阳能制氢在经济上可行，”法特瓦·阿卜迪说。

该研究是柏林卓越集群“UniSysCat”(统一催化系统)的一部分，并得到了亥姆霍兹协会卓越网络倡议的支持。