中科院实现400℃天然气制氢与脱碳原理突破

本报讯 在“双碳”目标与能源低碳转型的背景下，传统制氢技术面临的共性挑战包括反应温度高、能耗高、二氧化碳排放高。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。

近日，中国科学院工程热物理研究所首次实现了400℃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二氧化碳产物，天然气制氢反应温度由传统的800℃~1000℃降至400℃以下，实现了99%以上甲烷直接转化为高纯氢气与高纯二氧化碳，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氢能可持续利用的可行性。反应温度的降低，使工业余热与氢能相结合具有可能性。

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、中科院工程热物理所研究员金红光团队完成。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。相关研究成果在《Energy and Environmental Science》上发表。

中科院工程热物理所研究员郝勇表示，天然气与太阳能结合制备绿色氢气，展示了低碳、可再生能源技术蓬勃发展的新形势下，符合我国能源结构特点的化石能源低碳利用新模式，对低碳发电、工业余热利用以及太阳能、风能、生物质沼气等可再生能源的消纳具有重要意义。

基于这一成果，研究低碳氢气与天然气掺烧，可有效提高火电厂发电效率并降低碳排放；以天然气为氢能载体实现加氢站内按需制氢，有望降低基础设施投资及氢能制、储、运成本，并实现二氧化碳集中资源化利用。另外，本成果可实现500℃以下工业余热的高价值、低碳利用。本研究有望助推能源结构的脱碳、可再生能源占比提升和可再生能源技术的加速发展，并将为解决氢能制、储、运全链条瓶颈提供新思路。当前，该团队正努力推动本成果的产业化，日产百公斤级氢气的原理样机正在研制中。