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金屬熱化學(xué)制氫的突破將重塑氫能產(chǎn)業(yè)鏈

   2024-10-25 中化新網(wǎng)

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核心提示:發(fā)展氫能是實現(xiàn)碳中和的重要途徑已經(jīng)成為各界共識,但我國目前的氫能發(fā)展進(jìn)展不盡如人意,擴(kuò)展新思路是必由之路。清華大學(xué)核能與

       發(fā)展氫能是實現(xiàn)碳中和的重要途徑已經(jīng)成為各界共識,但我國目前的氫能發(fā)展進(jìn)展不盡如人意,擴(kuò)展新思路是必由之路。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強(qiáng)在日前于濟(jì)南舉辦的第二屆“能源•化工齊魯高質(zhì)量發(fā)展大會”提到金屬熱化學(xué)制氫可破解這一難題。

       儲氫、運(yùn)氫是目前氫能產(chǎn)業(yè)鏈的痛點(diǎn)。因綠氫需求與產(chǎn)地的地理分布錯位,導(dǎo)致了“北氫南運(yùn)”和“西氫東運(yùn)”的現(xiàn)象,增加了運(yùn)輸成本和供應(yīng)難度。同時,也因為氫作為一種無碳能源,具有易燃易爆、體積比能量小、易泄漏等特點(diǎn),給氫儲存和運(yùn)輸帶來技術(shù)難題,增加了產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性和成本。因而,新的儲氫技術(shù)也就備受關(guān)注。

       毛宗強(qiáng)談到從能量角度來看,制氫的方式有很多種,比如煤、石油、天然氣能直接制氫,或通過可再生能源轉(zhuǎn)化為熱能和電能進(jìn)而制氫等等。

       金屬水蒸氣熱化制氫其歷史可追溯到20世紀(jì)70年代,它是一種利用金屬與水蒸氣在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的技術(shù),常用的金屬有鋁、鋅、鎂、鐵等。早在 1940 年代,美國就開始研究金屬-水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,但其經(jīng)濟(jì)性較差,所以金屬水蒸氣熱化制氫一直沒有得到有效發(fā)展。以鋁水蒸氣制氫為例,9公斤金屬鋁僅能生產(chǎn)1公斤氫氣,這主要是因為在生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物Al(OH)?會在Al表面形成膜,阻礙了金屬鋁水解反應(yīng)發(fā)生。所以怎樣去除Al(OH)?,膜至關(guān)重要。

       毛宗強(qiáng)團(tuán)隊經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn),將25克金屬狀物和10千克水蒸汽(160攝氏度飽和水蒸氣)進(jìn)行反應(yīng),并定時取樣,發(fā)現(xiàn)25克金屬樣品能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生360.29克氫,相當(dāng)9克鋁制得130克氫氣,為常規(guī)鋁水制氫的近130倍,且試驗結(jié)果顯示氫氣純度大于94.4%,水蒸氣為5.55%。

       并與中石油渤海石油裝備制造有限公司聯(lián)合進(jìn)行了中試實驗,自主研發(fā)了金屬裂解水蒸氣制綠氫裝置、單臺設(shè)備產(chǎn)氫量350立方米/小時,反應(yīng)條件為160℃、0.65MPa水蒸氣。并在遼河熱采機(jī)械公司完成制造及調(diào)試,實現(xiàn)了綠氫制備、摻氫燃燒以及純氫燃燒的全程穩(wěn)定運(yùn)行,再次驗證高溫下金屬熱化學(xué)裂解制氫具有可行性。

       綜合計算,金屬水蒸氣制氫具有很大的成本優(yōu)勢及安全性優(yōu)勢。毛宗強(qiáng)強(qiáng)調(diào),金屬水蒸氣熱化學(xué)制氫的安全性取決于設(shè)備的設(shè)計、操作條件的控制、安全措施的實施等。金屬水蒸氣熱化學(xué)制氫的涉氫工作條件溫和,參考現(xiàn)有的工業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗,通過精心設(shè)計和嚴(yán)格的操作規(guī)程,完全可以保障這一過程的安全性。

       技術(shù)改變格局,毛宗強(qiáng)指出,氫能產(chǎn)業(yè)鏈由目前的先制氫-運(yùn)氫-用氫改變?yōu)橄戎平饘?運(yùn)金屬-就地制氫,金屬熱化學(xué)制氫的突破將使得新的氫能產(chǎn)業(yè)鏈更具競爭力,重塑現(xiàn)有氫的產(chǎn)業(yè)鏈。未來,金屬水蒸氣熱化學(xué)制的氫氣仍然還有很大的技術(shù)升級和降低成本的空間,預(yù)計到2030年金屬熱化學(xué)制氫成本降低50%以上。也同樣需要論證金屬水蒸氣熱化學(xué)制的氫氣是綠氫,即綠色冶金和綠色水蒸氣的結(jié)合。

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