氫能，被譽(yù)為未來(lái)清潔能源的“明星”，正引領(lǐng)全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮。然而，一個(gè)巨大的瓶頸阻礙著它的廣泛應(yīng)用：我們手上有大量現(xiàn)成“粗氫”，卻難以高效、低成本地提純和儲(chǔ)存。復(fù)旦大學(xué)未來(lái)能源高等研究院包信和院士、朱義峰研究員及北京大學(xué)馬丁教授團(tuán)隊(duì)日前在《自然·能源》發(fā)表一項(xiàng)重要成果。他們成功研發(fā)出一種全新的催化技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了工業(yè)粗氫的直接分離與存儲(chǔ)一體化。

“工業(yè)粗氫是一種被雜質(zhì)困住的寶藏。”包信和表示，全球每年生產(chǎn)氫氣超過(guò)9500萬(wàn)噸，我國(guó)貢獻(xiàn)超過(guò)3300萬(wàn)噸，是產(chǎn)氫大國(guó)。其中超過(guò)98%的氫氣來(lái)自煤炭、天然氣等化石能源的重整過(guò)程。此外，鋼鐵、化工等行業(yè)也會(huì)排放大量含氫廢氣，每年全球排放量約990萬(wàn)噸。“這些都是寶貴的‘工業(yè)粗氫’。但它們都含有大量雜質(zhì)——主要是一氧化碳和二氧化碳(統(tǒng)稱COx)。現(xiàn)有的分離提純技術(shù)復(fù)雜、成本高昂，導(dǎo)致這些量大價(jià)廉的粗氫資源難以直接用于氫燃料電池汽車等高端領(lǐng)域，造成了巨大的資源浪費(fèi)。”

成果的核心突破在于設(shè)計(jì)了一種“聰明”的新型催化劑，讓催化劑學(xué)會(huì)“挑食”。“這種催化劑的精妙之處在于它能精準(zhǔn)‘抓取’粗氫中的氫氣分子進(jìn)行反應(yīng)，卻對(duì)‘討厭’的雜質(zhì)COx‘視而不見(jiàn)’。他們利用這種催化劑，巧妙地將粗氫中的氫氣，像‘存錢’一樣直接儲(chǔ)存到一種特定的液體分子中。”朱義峰解釋道。

他表示，當(dāng)需要純凈氫氣時(shí)，比如給燃料電池汽車加氫，只需對(duì)這個(gè)“儲(chǔ)氫液體”進(jìn)行簡(jiǎn)單催化反應(yīng)(脫氫)，就能釋放出純度極高、完全不含COx雜質(zhì)的氫氣，滿足嚴(yán)格的使用要求。

新技術(shù)為何如此強(qiáng)大?

“關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)了三大突破。”朱義峰介紹，首先是“抗毒”能力強(qiáng)，即使在雜質(zhì)COx濃度超過(guò)50%、比氫氣還多，且溫度高達(dá)170℃的惡劣環(huán)境下，這種催化劑依然能高效工作，性能媲美使用純氫!這徹底打破了傳統(tǒng)催化劑極易被雜質(zhì)“毒死”失效的局限。其次，流程革命性簡(jiǎn)化，告別煩瑣的“先提純、再儲(chǔ)存運(yùn)輸”老路。傳統(tǒng)方法需要經(jīng)過(guò)水汽變換、脫碳、吸附、Pd膜分離、深冷等多道復(fù)雜工序提純氫氣，然后再壓縮或液化儲(chǔ)存運(yùn)輸，最后還得釋放使用，過(guò)程冗長(zhǎng)、設(shè)備多、能耗高、成本巨大。新技術(shù)一步到位完成“分離+儲(chǔ)存”，大大縮短了流程，顯著降低了能耗和設(shè)備投資。

“更重要的是產(chǎn)出價(jià)值高，這一技術(shù)能最終得到直接用于燃料電池的高純氫氣，而得到的COx富集尾氣也具有一定經(jīng)濟(jì)與應(yīng)用價(jià)值。”

“我們研發(fā)的‘吃粗糧’的催化劑，讓工業(yè)粗氫中的氫氣精準(zhǔn)‘存’進(jìn)液體，使用時(shí)再釋放高純氫，一步解決分離和儲(chǔ)存兩大世界性難題，盤(pán)活巨量粗氫資源。”馬丁強(qiáng)調(diào)。