几十年来，一些能源专家一直梦想着一个无碳环境，清洁氢是主要的运输燃料、储能介质和化学组成部分

事实上，氢已经在许多普通商品的制造中发挥了重要作用，从金属到化肥再到食品。

同样，最近的几项技术允许氢在燃料电池中燃烧或用于为车辆提供动力。

但氢的承诺仍未实现。这是因为它通常是通过蒸汽甲烷重整生产的，将甲烷和蒸汽转化为氢气和二氧化碳，一种温室气体。蒸汽甲烷重整产生的每吨氢气会产生7.5至12吨二氧化碳，而美国每年生产约1000万吨氢气。

现在，爱达荷国家实验室的研究人员正在推进使用电力和催化剂将水或蒸汽分解成氢气和氧气的电解技术。如果使用核能等无碳能源生产，这些技术将消除制氢产生的碳排放。

其他INL研究人员通过先进的电化学技术进一步研究氢气，这些技术生产和使用氢气将低价值化合物直接转化为高价值化学品，如氨和一氧化碳。

通过将电能和热能转化为氢气和高价值产品，这些技术有助于培育能源未来，氢气的生产和使用将鼓励更多无碳能源，如风能、太阳能和核能。

在水中储存电子

就像晒干水果、酿造啤酒和腌制肉类通过促进长期储存卡路里来促进农业发展一样，INL的许多氢项目也促进了电力的长期储存。

“电力是瞬时的，”INL的高级机械设计工程师MicahCasteel说。“它是生产出来的，必须立即食用或储存。”

“氢经济和电解是为了增加电能的持久性，”他继续说道。“我们正在把阳光变成钢铁，把风变成肥料，把核裂变变成可持续燃料。”

现代电网面临的一大挑战是风能和太阳能等可再生能源有时会产生过多的电力。过剩的电力反过来会导致能源市场波动。

清洁制氢

储存多余电力的最有效方法之一是使用称为高温蒸汽电解的过程生产无碳氢。这种形式的电解使用电力在称为固体氧化物电解池的设备中分解蒸汽。

用高温蒸汽电解制氢有许多优点：它不需要甲烷，不排放碳，而且比低温电解更有效。

低温电解是一个类似的过程，从液态水而不是蒸汽开始。

INL正在开发其测试工业规模电解技术的能力。

利用过剩的电力通过高温电解生产无碳氢，通过替代用于生产钢铁、化肥和运输燃料等重要商品的化石燃料，推进了工业脱碳目标。

超越传统氢

电解只是一个开始。INL研究人员还在开发先进的电化学电池和膜反应器，专门用于以多种方式生产或使用氢气。

例如，著名的INL工程师/科学家董丁和他的同事开发了质子陶瓷电化学电池，可以将多余的电和水转化为氢气。它们还可以反向操作，将氢气转化为电能。电化学电池最终可用于电网规模的电力存储。

同样，电化学膜反应器是一种在化学反应过程中使用膜选择性地添加或去除特定产品的装置，它使用氢反应来合成有价值的化学品。

INL正在开发的一种膜反应器将氮气与氢气反应生成氨，氨是全球农业肥料的重要组成部分。

INL开发和测试的先进材料通过在降低的温度和压力下促进高生产率，帮助提高膜反应器和电化学电池的效率。

从本质上讲，电化学电池和膜反应器使研究人员能够仔细控制化学反应，以便他们可以调整输出以直接生产他们想要的任何产品。

通过电解、电化学电池和膜反应器推进清洁氢生产，INL研究人员正在将多余的电子和热量转化为有价值的商品，实现清洁氢经济的梦想。

“最后，我们所做的就像炼金术，”Casteel说。“我们把没人想要的东西变成他们想要的东西。”

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