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麻省理工學院將致力于利用錫生產氫氣而不排放二氧化碳

2021年02月23日 00:00 來源:ITA北京

麻省理工學院的碳捕獲、利用和儲存中心獲得了75萬美元的獎金,用于開展一項研究項目,利用熔融錫生產無二氧化碳排放的氫氣。該獎勵基金旨在支持推進二氧化碳減排氣候變化技術的項目。


目前,大多數氫氣是用蒸汽甲烷重整(SMR)工藝生產的,該工藝將二氧化碳作為副產品釋放出來。因此,制氫工藝目前約占全球二氧化碳排放量的1%。氫是一種有價值的氣體,用于生產氨,一種廣泛使用的農業肥料。對這種肥料的需求會增加,以養活不斷增長的人口,到2100年,人口將增長40%。除此之外,要推動以氫燃料電池為燃料的低碳氫經濟,氫必須成為通過低排放途徑生產的現成原料。


一段時間以來,利用熱分解甲烷氣體被認為是SMR的低排放替代品。在這個過程中,甲烷(CH4)在高溫下直接分解成固體碳和氫氣,這一過程被稱為“裂解”。過去,這一工藝面臨著諸如轉化率低、反應器被固體碳堵塞等技術問題。Carlo Rubbia教授于2012年在德國開創了錫研究的新進展,他曾聯合獲得1984年諾貝爾物理學獎。他發起了一個由高級可持續性研究所(IASS)和卡爾斯魯厄理工學院(KIT)聯合開展的項目,以研究錫技術。


德國研究小組進行了一系列實驗,尋找甲烷熱解的最佳反應器技術。他們的最終設計是一個1.2米高的裝置,由石英和不銹鋼制成,使用熔融純錫催化。原理驗證反應連續兩周不間斷運行,在1200?C下產生轉化率為78%的氫氣。IASS研究人員與RWTH亞琛大學合作,對其放大原型進行了生命周期評估(LCA)。與SMR相比,它們的甲烷裂解比SMR清潔50%。


在這項開創性研究的基礎上,麻省理工學院的科學家們將推進從甲烷熱解中回收氫氣的技術。他們的工藝將再次使用熔融錫;這種金屬對于防止反應器被碳堵塞至關重要。該小組已經開發出在極端溫度下流動和控制液態金屬的設備,而不會發生泄漏或材料退化。重要的是,這一過程將產生高價值、高純度的副產品:固體碳。這種黑色粉狀材料作為第二個收入來源,用于生產鋼鐵、碳纖維和其他碳基材料,將使低碳錫技術在經濟上與目前排放密集的SMR氫氣保持平衡。


我們的觀點是:氫正越來越多地被視為一條通往低排放、氣候友好型未來的道路。例如,氫能委員會預測,到2030年20%的柴油列車將被氫燃料列車取代,從而使二氧化碳排放量每年減少3.2gt。熔錫法只是目前考慮的幾種制氫方法之一,水裂解法是另一種低碳方法,在汽車氫燃料電池的移動裝置中使用熔融錫,尤其是在氫燃料站有限的情況下,錫可能具有進一步的優勢,有可能從甲烷中產生氫氣。另外,麻省理工學院的這項新舉措確實可能是錫對未來可持續氫基經濟貢獻的一個進步。

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