2021年初,芶富均教授團隊在國內首次研發(fā)出液態(tài)金屬熱裂解裝置,利用液態(tài)金屬產(chǎn)生穩態(tài)熱解溫度場(chǎng),結合液態(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)現零排放、高效制氫。
2022年,該團隊又迎來(lái)新進(jìn)展——歷經(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,可直接利用現有天然氣和LNG的基礎設施制備綠氫。
“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,使碳氫化合物中的碳氫鍵斷裂生成氫氣和固態(tài)碳,反應過(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)濟效益更高。
此外,我國天然氣基礎設施完善、技術(shù)成熟且無(wú)區域限制,相比于電解水制備-存儲-運輸-使用的工業(yè)流程,催化熱裂解技術(shù)只需通過(guò)管道運輸天然氣并在用戶(hù)區域現場(chǎng)制氫,氫氣儲運成本更低并且安全性更高,可以滿(mǎn)足綠氫在交通、電力、化工、建筑等領(lǐng)域的大規模應用。
“通過(guò)十年來(lái)大量研究探索,團隊掌握了催化劑材料制備、反應器材料選取、結構設計和制造等關(guān)鍵技術(shù),自主開(kāi)發(fā)了熔融介質(zhì)制氫實(shí)驗平臺。”芶富均介紹,團隊自主開(kāi)發(fā)了高效、低成本的催化劑,在1100℃下甲烷轉化率高達95%。同時(shí),發(fā)展了在線(xiàn)除碳新技術(shù),可實(shí)現連續制氫。相關(guān)技術(shù)取得了重大突破。
此外,通過(guò)調節反應器中反應溫度、天然氣流量、催化劑種類(lèi)等關(guān)鍵參數,也可實(shí)現大規模石墨烯的生產(chǎn)等,極大增大副產(chǎn)物碳的經(jīng)濟附加值。