工程师发现，通过从饮料罐中提纯铝并将其与海水结合，可以产生氢气——一种能够推动发动机或燃料电池而不排放碳的能源。添加咖啡因可以加快这一反应。
从回收的饮料罐和海水中可以实现一种创新的清洁能源解决方案。
麻省理工学院的研究人员发现，来自饮料罐的纯铝与海水混合时，通过自然反应生成氢气——这种气体可以有效地为发动机或燃料电池提供动力，同时保持碳中性。值得注意的是，这一反应可以通过加入咖啡因加速。
在最近发表在《Cell Reports Physical Science》期刊上的一项研究中，团队通过将制备好的颗粒状铝球放入装有过滤海水的容器中，演示了氢气的生成。这些铝球经过特殊合金处理，能够提纯铝，使其能够与海水反应并生成氢气。此外，海水中的盐离子可以帮助捕获和回收合金，从而在可持续的循环中重复使用。
研究人员注意到，尽管氢气的产生速度相对较慢，但向混合物中添加咖啡渣显著提高了反应速度。
最终，团队发现微量浓度的咪唑（一种咖啡因中的活性成分）极大地加速了这一过程——在仅仅五分钟内生成与不添加此成分时两小时内相同数量的氢气。
研究人员目前正在设计一种适合海上船只或水下无人机的紧凑反应器，该反应器将在储存回收铝颗粒的同时，少量储存镓铟和咖啡因。通过定期添加这些材料以及周围的海水，可以根据需要生成氢气，以为发动机提供动力或为船只发电。
麻省理工学院机械工程系的博士生Aly Kombargi解释道：“这对船只和水下车辆特别有前景，因为海水易于获取。我们可以运输铝作为燃料，而不是需要携带氢气罐，只需引入水即可生成所需的氢气。”
该研究的共同作者包括化学工程本科生Enoch Ellis，专注于将铝回收用于氢燃料的公司负责人Peter Godart博士，以及麻省理工学院的机械工程教授Douglas Hart。
创新解决方案
在Hart的指导下，麻省理工学院团队正在探索有效和可持续的方法来生成氢气，这种氢气越来越被视为一种“绿色”能源来源，能够为发动机和燃料电池供能而不产生有害排放。
氢动力汽车的一大挑战在于许多设计需要将气体储存在罐中，类似于传统燃料，这因氢气极易燃烧而存在风险。相反，Hart和他的团队正在研究无需连续运输氢气的方法。
他们认为铝是一个可行的选项——这种材料是稳定的，与水混合时会发生简单的化学反应，产生氢气和热量。
然而，有一个复杂性：虽然铝在与水混合时可以产生氢气，但它必须处于纯净、暴露的状态。当铝接触空气中的氧气时，会形成保护性氧化层，抑制进一步反应，这解释了为什么将饮料罐放入水中时不会迅速生成氢气。
在早期使用淡水的实验中，研究团队通过用少量稀有金属合金（包括镓和铟）处理铝，成功绕过了这一保护层。这种合金充当“激活剂”，去除氧化物并暴露出纯铝以便与水发生反应。在这种条件下，一个处理过的铝颗粒能够在五分钟内生成400毫升氢气，仅仅1克颗粒在同样的时间内产生1.3升氢气。
然而，要扩大这一系统的规模，就需要稳定供应昂贵且相对稀有的镓铟。
“为了使这个想法既可负担又可持续，提高使用后该合金的回收非常关键，”Kombargi评论道。
利用海洋资源
在他们最新的研究中，团队发现可以通过使用离子溶液来重复使用镓铟。离子——带电的原子或分子——可以保护金属合金不与水反应，从而允许其沉淀并被回收再利用。
“幸运的是，海水是一种廉价且现成的离子溶液，”Kombargi表示；他用从附近海滩收集的海水测试了这种方法。“我装满瓶子的海水，过滤掉沙子和藻类，然后添加铝，这 consistently produced hydrogen.”
结果证实，当铝与过滤的海水结合时，确实生成了氢气，镓铟在之后是可回收的。但是，反应的速度比使用淡水时更慢，因为海水中的离子通过形成保护屏障阻碍了铝的反应。
为了寻找加速海水中反应的方法，研究人员尝试了各种非常规添加剂。
“我们在厨房实验，发现向海水中添加咖啡渣显著提高了反应速度，”Kombargi回忆道。
为了理解这一加速效果，他们咨询了麻省理工学院化学系的同事，后者建议测试咪唑——一种咖啡因中的活性化学物质——这种物质具有能与铝结合同时保留镓铟保护离子的分子结构。
“这一发现至关重要，”Kombargi表示。“我们实现了我们的目标：可以回收镓铟并促进快速高效的反应。”
研究人员乐观地认为，他们找到了可持续氢反应器的关键组成部分，旨在首先在海洋和水下应用中进行测试。他们计算出，一个包含约40磅铝颗粒的反应器可以在约30天内为小型水下滑翔机提供动力，依靠周围海水生成氢气以推动前进。
“我们正在引入一种新方法，通过使用铝作为来源来生成氢燃料，而无需运输气体本身，”Kombargi总结道。“下一步是探索卡车、火车，甚至可能还有飞机的潜在应用。我们也可能探索从空气中的湿度中提取水来生成氢气。这是一个未来的目标。”
