效率最高可达传统工艺的5倍…有望实现“负成本结构”
有望同时解决废旧组件处理与清洁氢气生产问题
一种利用寿命终结的光伏发电废旧组件中回收的硅，同时生产高纯度氢气和高附加值二氧化硅的技术已经问世。由于废旧光伏组件难以填埋和焚烧，长期被视为“棘手废物”，这一技术有望将其转化为环保资源，备受关注。
UNIST 6日表示，Baek Jongbeom 能源化学工程系教授团队开发出一种高效工艺，利用废旧光伏组件中的硅，同时生产高纯度氢气和作为工业用高附加值材料的二氧化硅。
硅与水反应可以生成氢气和二氧化硅，但在实际反应中，表面形成的二氧化硅薄膜会阻碍水的接触，使反应很快停止，这一直是限制因素。因此，传统热化学方式的氢气产量远低于理论最大值。
研究团队在不使用强力化学试剂的前提下，开发出一种能够去除这一二氧化硅保护膜的动态机械化学工艺。将硅和水置于装有小球的容器中旋转，通过小球与硅颗粒的反复碰撞，持续破坏二氧化硅膜，暴露新的反应表面。
实验结果显示，每克商用硅可生成约1706毫升氢气，达到理论最大产量1713毫升/克的99.6%，效率比现有热化学方式（18%~28%）最高提升约5倍。利用从废旧光伏组件中直接获得的硅粉进行实验时，氢气产量也达到理论值约98%的水平。
同时生成的二氧化硅作为催化剂载体也表现出优异性能。研究团队利用该二氧化硅制备的镍催化剂进行二氧化碳甲烷化反应时，转化率和甲烷选择性均高于基于商用二氧化硅的催化剂。分析认为，这是由于其表面丰富的羟基（-OH）使催化剂颗粒分散得更加均匀。
研究团队合影。自左起为 Baek Jongbeom 教授、Lim Hangwon 教授、Yanhuo Xiao 研究员（第一作者）、Lunan Guan 研究员（共同第一作者）、Gu Jiwon 研究员（共同第一作者）。UNIST 提供
View original image经济性同样突出。即便不计入副产物二氧化硅的收益，其氢气生产成本也被分析为比传统热化学方式低数十至数千倍。如果再将二氧化硅销售收入计入，则有望形成“产氢越多、收益越高”的“负成本结构”，这是研究团队的说明。
尤其是与间歇式工艺相比，连续式工艺在产量和能源效率方面更高，其在大规模工业现场的应用可能性已得到验证。该技术被评价为可同时解决激增的废旧光伏组件处理难题和清洁氢气生产问题的替代方案。
Baek Jongbeom 教授表示：“利用废旧光伏组件中的硅生产环保氢气的同时，还能获得可用于工业的二氧化硅，这是该技术的一大优势”，并称“这将把难以处置的废旧组件转化为高附加值资源，有助于构建资源循环经济”。
本次研究成果已于上月27日在线发表在能源领域国际学术期刊《Joule》（Cell Press）上。作为该工艺核心的机械化学技术，还被单独介绍在《Joule》的策划栏目“未来能源（Future Energy）”中。
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