2021年初，芶富均教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)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(chǎng)，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。
2022年，該團(tuán)隊(duì)又迎來(lái)新進(jìn)展——?dú)v經(jīng)一年半，成功開(kāi)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(wèn)題。”芶富均說(shuō)，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(wú)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(guò)程中無(wú)二氧化碳產(chǎn)生。”芶富均進(jìn)一步解釋?zhuān)瑫r(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(guó)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施完善、技術(shù)成熟且無(wú)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(guò)管道運(yùn)輸天然氣并在用戶區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)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。
“通過(guò)十年來(lái)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(kāi)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(kāi)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(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)器中反應(yīng)溫度、天然氣流量、催化劑種類(lèi)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。
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