木糖制氢 美国氢燃料电池技术获重大突破

弗吉尼亚理工大学的研究人员已经发现从植物原料中有效提取氢的方法，克服了氢燃料电池技术中的几大障碍之一。正是这些障碍导致奥巴马政府将氢燃料电池技术搁置一边。

“我们认为这一发现会改变可替代能源行业的游戏规则。”弗吉尼亚理工大学生物系统工程系副教授珀西瓦尔·张表示。张带领弗吉尼亚理工大学的一支团队开发了从木糖中制备大量氢气的方法。木糖是一种广泛存在于自然界中的单糖，植物细胞壁的30%由其构成。

传统上，氢通过对天然气的汽化重整来制取，这一过程会浪费掉储存于天然气中的一部分能量，同时释放出大量的二氧化碳。美国能源部长朱棣文曾表示，汽车行业氢燃料电池技术面临的四大障碍中，氢的传统来源是第一个障碍。

在弗吉尼亚理工大学，张一直在研究利用酶从植物生物质中提取氢的方法。该团队将木糖放入含有13种酶的混合液体中，在低温条件下得到了氢气，这是一个突破。研究报告称：

“为了产生氢气，弗吉尼亚理工大学的科学家们从原生微生物中分离出多种酶，制成无法在自然界中获取的特制的多酶混合液。这些酶在与木糖和一种多磷酸盐结合时，会从木糖中释放出氢气，产量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子，生产出高纯度的氢气，可直接用于质子交换膜燃料电池。更具吸引力的是，这一反应可在较低温度下发生，产生的氢能比木糖和多磷酸盐中储存的化学能还要高。该结果的能效超过了100%——是一种净能量增益。这意味着低温下浪费的热能首次可用于生产高能量的氢气。”

这一发现得到了乔纳森·米伦茨的认可，他是橡树岭国家实验室生物科学部的小组领导。“这一令人兴奋的发现的关键之处在于张使用了植物中分布第二广泛的糖制取氢气。这使氢的制取具有重要的额外好处，它降低了从生物质中制氢的整体成本。”

米伦茨预计张的工艺能在3年后发展成为价值达1 000亿美元的制氢市场。即使这一预测能变为现实，朱棣文仍然提到了氢燃料电池技术面临的另外三个障碍：

“在运输方面，我们还没找到理想的储存办法。压缩氢气是目前最好的办法，但它需要占用非常大的容积。我们还没想出如何储存高浓度的氢。还有什么？氢燃料电池还未发展成熟，输送氢气的基础设施也不足。如要推广氢燃料电池的使用，你需要取得四项重大的技术突破。”

虽然削减了氢燃料电池项目的费用，美国能源部在攻克这些障碍方面仍取得了一些进展。例如，它最近发布了一份关于运输氢气的可行性报告，办法是将氢气混入现有的天然气管道设施中。“在更长久的未来，在上游注入氢气然后在下游提取氢气以供燃料电池电动汽车或固定式燃料电池使用时，混和可能会为氢气的运送提供经济的方式。”该报告总结说。