氫能作為一種熱值高、能量密度大、來源多樣的綠色能源，被譽(yù)為21世紀(jì)的“終極能源”。

根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2030年，我國氫氣的年需求量將達(dá)到3715萬噸，氫能產(chǎn)業(yè)將成為我國新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和新能源戰(zhàn)略的重要組成部分，產(chǎn)值將突破萬億。

當(dāng)前，成都市氫能已形成“制備-存儲(chǔ)-運(yùn)輸-加注-應(yīng)用”完整產(chǎn)業(yè)鏈條，累計(jì)示范推廣氫燃料電池汽車370輛，推動(dòng)建成投運(yùn)加氫站2座，加氫能力1500千克/天。如何開發(fā)出更低成本的氫能，助力實(shí)施產(chǎn)業(yè)建圈強(qiáng)鏈？

近日，記者從四川大學(xué)獲悉，四川大學(xué)芶富均教授團(tuán)隊(duì)在其研發(fā)的國內(nèi)首套液態(tài)金屬制氫設(shè)備基礎(chǔ)上，在熔融催化劑材料制備、反應(yīng)裂解爐設(shè)計(jì)和加工、在線連續(xù)排碳技術(shù)等方面取得了重大突破，順利進(jìn)入熔融介質(zhì)裂解制氫產(chǎn)業(yè)化階段。

低成本、無二氧化碳排放

熔融介質(zhì)裂解制氫產(chǎn)業(yè)化裝備在蓉成功研發(fā)

目前，利用可再生能源+水電解的方案是大規(guī)模生產(chǎn)綠氫的唯一技術(shù)路線，然而太陽能和風(fēng)能等可再生能源充沛地區(qū)往往存在水資源不足、遠(yuǎn)離需求中心等矛盾，存在高能耗、高成本、遠(yuǎn)距離儲(chǔ)運(yùn)安全等問題。因此，目前全球正積極探索低碳排放、低成本、可大規(guī)模應(yīng)用的綠氫制備新技術(shù)。

去年初，芶富均教授團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)首次研發(fā)出液態(tài)金屬熱裂解裝置，利用液態(tài)金屬產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)熱解溫度場，結(jié)合液態(tài)金屬本身的催化特性，可促進(jìn)甲烷分子裂解形成氫氣和固態(tài)碳，實(shí)現(xiàn)零排放、高效制氫。

近日，該團(tuán)隊(duì)又迎來新進(jìn)展——歷經(jīng)一年半，成功開發(fā)了新一代綠氫制備技術(shù)——熔融介質(zhì)催化熱裂解制氫。

“天然氣的主要成分是甲烷，目前天然氣重整制氫技術(shù)存在大量碳排放問題。”芶富均說，利用熔融介質(zhì)催化熱裂解制氫技術(shù)可以將天然氣中的甲烷裂解成氫和固態(tài)碳（炭黑、石墨或石墨烯），無二氧化碳排放，可直接利用現(xiàn)有天然氣和LNG的基礎(chǔ)設(shè)施制備綠氫。

“熔融介質(zhì)熱裂解技術(shù)基本原理是采用具有催化特性的熔融介質(zhì)材料，主要為液態(tài)金屬和熔融鹽，作為高溫媒介，使碳?xì)浠衔镏械奶細(xì)滏I斷裂生成氫氣和固態(tài)碳，反應(yīng)過程中無二氧化碳產(chǎn)生。”芶富均進(jìn)一步解釋，同時(shí)，相比于電解水制氫，催化熱裂解所需能量更低，并且可以獲得副產(chǎn)物碳，經(jīng)濟(jì)效益更高。

此外，我國天然氣基礎(chǔ)設(shè)施完善、技術(shù)成熟且無區(qū)域限制，相比于電解水制備-存儲(chǔ)-運(yùn)輸-使用的工業(yè)流程，催化熱裂解技術(shù)只需通過管道運(yùn)輸天然氣并在用戶區(qū)域現(xiàn)場制氫，氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本更低并且安全性更高，可以滿足綠氫在交通、電力、化工、建筑等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%

也可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模石墨烯的生產(chǎn)

“通過十年來大量研究探索，團(tuán)隊(duì)掌握了催化劑材料制備、反應(yīng)器材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造等關(guān)鍵技術(shù)，自主開發(fā)了熔融介質(zhì)制氫實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。”芶富均介紹，團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)了高效、低成本的催化劑，在1100℃下甲烷轉(zhuǎn)化率高達(dá)95%。同時(shí)，發(fā)展了在線 除碳新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)制氫。相關(guān)技術(shù)取得了重大突破。

此外，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器中反應(yīng)溫度、天然氣流量、催化劑種類等關(guān)鍵參數(shù)，也可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模石墨烯的生產(chǎn)等，極大增大副產(chǎn)物碳的經(jīng)濟(jì)附加值。

制氫成本18元/公斤

預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)100-500公斤綠氫

“測算表明，氫氣制備成本為18元/公斤，隨著大規(guī)模應(yīng)用，制氫成本必將繼續(xù)降低。”芶富均表示，目前研究團(tuán)隊(duì)已建立中試關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)平臺(tái)，預(yù)計(jì)2024年實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)100-500公斤氫氣的中試目標(biāo)。“中試完成后，針對(duì)不同應(yīng)用場景我們可提供兩種技術(shù)解決方案，即集中式大規(guī)模制氫站和分布式撬裝現(xiàn)場制氫加氫站。”

芶富均教授團(tuán)隊(duì)長期專注于高溫液態(tài)金屬的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。這支科研隊(duì)伍很年輕，科研一線的十余名成員平均年齡只有30余歲。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目支持下，積累了豐富的液態(tài)金屬制氫、儲(chǔ)能、聚變堆偏濾器、硼中子俘獲治療（BNCT）靶等應(yīng)用領(lǐng)域研究經(jīng)驗(yàn)。在液態(tài)金屬制氫和制石墨烯等方面已申請(qǐng)了20余項(xiàng)專利，部分成果獲得2019年度四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

“川渝兩地天然氣及頁巖氣資源儲(chǔ)量十分豐富，這是發(fā)展氫能的良機(jī)。”芶教授說。為打好實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和這場硬仗，熔融介質(zhì)裂解制氫可成為當(dāng)下高效率、低成本、大規(guī)模制備綠氫，助力碳減排和優(yōu)化清潔能源結(jié)構(gòu)最有潛力的技術(shù)方案。發(fā)展該技術(shù)，有利于改善兩地能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)天然氣就地綠色轉(zhuǎn)換。

（來源：錦觀新聞）