中科院工程热物理所实现400°C以下太阳能天然气制氢与脱碳
随着双碳战略的深化,氢能产业迅猛发展。制氢技术是氢能产业的源头,对氢能产业链的整体布局与发展颇为重要。传统制氢技术包括工业天然气重整制氢与煤气化制氢,是目前氢能的主要来源,而在双碳战略与能源低碳转型的背景下,面临的共性挑战包括反应温度高、能耗高、CO2排放高。如何突破“三高”问题,对于氢能与能源结构转型的相容发展具有重要意义。 中国科学院工程热物理研究所首次实现了400°C温和条件下“净零排放”的天然气制氢原理突破。通过有序分离氢气和CO2产物,天然气制氢反应温度由传统的800-1000°C降至400°C以下,实现了99%以上甲烷直接转化为高纯氢与高纯CO2,并实现了基于化石能源的制氢与脱碳的完全协同。制氢与脱碳能耗下降幅度达20-40%。基于此,该工作结合商业化中温槽式聚光技术,实现了太阳能驱动的天然气制氢与脱碳,进一步减少化石能源制氢的碳足迹,展示了化石能源与可再生能源互补实现可持续氢能利用的可行性。反应温度的降低使工业余热与氢能的结合成为可能。迄今为止,研究人员已完成了超过6000次的稳定循环实验,验证了该方法的可靠性,并初步展示了技术转化应用的广阔前景。 该工作由中科院院士、工程热物理所研究员金红光团队完成,获得国家自然科学基金“能源有序转化”基础科学中心项目的支持。科研人员围绕科学中心项目主线,原创性地提出了“热化学多产物有序分离耦合中低温热能品位提升”的热力学新思路,在降低反应温度、提高甲烷转化率与选择性、低能耗捕集二氧化碳、设备小型化等方面实现了系列重要突破。相关研究成果发表在Energy & Environmental Science上。 图1.温和条件下“净零排放”的天然气制氢原理 图2.天然气99%直接转化为高纯氢与高纯CO2的6000次稳定循环实验 |