普林斯顿大学工程学院的新研究表明，污水可替代清水作为制氢原料，这一突破既消除了氢能的一大主要短板，又能将制氢过程中的水处理成本降低高达47%。该研究成果为氢能成为高难度电气化行业（如钢铁和化肥生产）脱碳的实用路径奠定了基础。

研究人员表示，当前电解制氢需要消耗大量清水，既增加成本又给当地水资源供应带来压力。研究团队希望验证污水处理厂处理后的再生水是否可作为替代水源。

“氢能基础设施通常会与当地淡水使用产生竞争，而每个城镇都有污水处理厂，其可以成为氢能经济中分布广泛的水源。”

目前美国生产的氢能大多为蓝氢：以天然气为制氢能源，同时将产生的至少部分二氧化碳捕获并储存于地下，这使得蓝氢相比直接使用天然气成为低碳能源。

绿氢电解依赖可再生电力，碳排放水平更低，但通常需要超纯水——需通过反渗透等工艺处理自来水或地下水，去除可能干扰电解过程的杂质。再生废水经处理后可排入含水层，或用于灌溉及工业冷却。

普林斯顿大学团队测试了直接使用再生废水（而非自来水）能否省去净化步骤。这里的再生废水指经处理后达到可排入含水层、灌溉或工业冷却标准的污水。

研究团队表示，此前已有类似尝试，但系统通常在短时间内失效。为找出失效原因，在质子交换膜水电解槽（目前商业上用于超纯水制氢的同款技术）中开展了精心设计的诊断实验。

研究团队结合电化学测试和先进显微成像技术，对比了纯水与再生废水在反应器中的表现。他们发现，使用再生水时系统性能迅速下降，而纯水系统则保持稳定运行。通过实验和建模分析，研究团队确定钙镁离子是性能衰减的主要原因——这类矿物质正是导致家用水龙头和水壶结垢的元凶。它们会附着在膜上，阻碍离子传输，使膜从多孔通道变成固体屏障。

研究人员发现，钙镁离子是性能衰减的主要原因。这些离子附着在图中的膜上，阻碍离子传输，使其从多孔通道变为固体屏障。

为解决这一问题，研究人员提出了一种简单方案：用硫酸酸化废水。生成的酸性缓冲液可提供丰富质子，这些质子能与其他离子竞争，维持离子导电性和电流稳定，从而实现持续制氢。

“去除所有离子以获得超纯水通入电解槽的成本很高，而现在只需略微酸化，就能将含离子的水直接通入电解槽，系统可稳定运行300多小时且无明显问题。”

团队估算，使用再生废水替代纯水，可使制氢水处理成本降低约47%，水处理能耗成本降低约62%。关键在于“这种酸会循环使用，不会排出系统”，这一点无论从环境还是成本角度都至关重要。同样，钙镁离子会保持溶解状态，不会干扰循环过程。

目前研究团队正与行业伙伴合作，测试该方案的规模化应用效果，同时探索将预处理海水作为原料的可行性。去年，他们发表了一项关于优化制氢过程中水资源利用和成本节约的研究，确定了美国境内氢能设施与再生水充足的污水处理厂协同布局的最佳地点。

“我们希望深入探索利用再生水推动国家氢能战略的可能性，既开展深入的技术研究，也进行宏观分析，以同时满足科学和行业需求。”

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污水提升清洁氢能发展潜力