COE-CSI 首席研究員姚政教授表示，這種方法不僅使綠色氫氣在經濟上與化石燃料替代品具有競爭力，而且還為廢水處理創造了一種優雅的解決方案。

“雖然我們還沒有解決所有問題，但如果這些系統能夠擴大規模，我們的系統將產生無害的氮氣，而不是有毒的硝酸鹽和亞硝酸鹽，而且這兩個系統都將比水分解系統節省 20-27% 的電力，”他說。

氫氣通常是通過電解水分解成氧氣和氫氣來產生的。研究團隊表示，該過程“成本高昂”且耗能，需要1.23 V的電壓才能觸發反應，而他們能夠分解尿素。尿素作為氫載體，其熱力學分解勢壘低于水，僅為0.37 V。

在他們的第一項研究中，該團隊采用了一種無膜電解系統，該系統由銅基催化劑驅動，以純尿素為原料。該尿素是通過哈伯-博施氨合成工藝生產的。為了避免這種高能耗和高碳排放的工藝，他們設計了第二個系統，利用尿液中的尿素。

“我們需要降低制氫成本，但要以碳中和的方式，”鄭教授說道。“我們第一篇論文中的系統雖然采用了獨特的無膜系統和新型銅基催化劑，但使用的卻是純尿素，而尿素是通過哈伯-博施氨合成工藝生產的，該工藝能耗高，會釋放大量二氧化碳。”

“我們通過使用綠色尿素來源——人類尿液解決了這個問題，這是我們第二篇論文中研究的系統的基礎。”

雖然尿液是一種很有前景的尿素來源，但它也存在自身的挑戰。尿液中含有氯離子，會在電解過程中引發不必要的化學反應。這些反應會產生氯氣，腐蝕系統的陽極，并影響其長期功能。

為了解決這個問題，研究人員的第二個系統采用了氯介導的氧化機制，利用碳負載的鉑基催化劑改變反應途徑。

研究人員表示，這種方法不僅可以保護陽極，還可以保持尿液高效產氫，并且基于鉑的系統每立方米氫氣的耗電量低至 4.05 千瓦時，優于傳統的水電解(4.70-5.00 千瓦時)。

他們表示：“這一突破的財務影響可能會改變綠色氫氣的格局。”并補充說，計算表明，通過他們的系統生產的氫氣成本低于傳統上從化石燃料中提取的“灰色”氫氣。

研究人員表示：“基于該系統的工業規模無膜電解器成功將氫氣生產成本降低至每公斤 1.81 美元(2.79 美元)，低于灰氫的成本，也低于美國能源部 2030 年每公斤 2.00-2.50 美元(3.08-3.85 美元)的技術目標。”

該團隊目前正致力于構建完全無膜系統，既能回收綠色氫氣，又能修復富氮廢水。他們還承認，使用鉑作為催化材料是不可持續的，并致力于開發非貴金屬替代品。

該研究發表在 《德國應用化學國際版》 和 《自然通訊》上。