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發(fā)展氫能是實現(xiàn)碳中和的重要途徑已經(jīng)成為各界共識，但我國目前的氫能發(fā)展進展不盡如人意，擴展新思路是必由之路。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授毛宗強在日前于濟南舉辦的第二屆“能源•化工齊魯高質(zhì)量發(fā)展大會”提到金屬熱化學(xué)制氫可破解這一難題。
儲氫、運氫是目前氫能產(chǎn)業(yè)鏈的痛點。因綠氫需求與產(chǎn)地的地理分布錯位，導(dǎo)致了“北氫南運”和“西氫東運”的現(xiàn)象，增加了運輸成本和供應(yīng)難度。同時，也因為氫作為一種無碳能源，具有易燃易爆、體積比能量小、易泄漏等特點，給氫儲存和運輸帶來技術(shù)難題，增加了產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)雜性和成本。因而，新的儲氫技術(shù)也就備受關(guān)注。
毛宗強談到從能量角度來看，制氫的方式有很多種，比如煤、石油、天然氣能直接制氫，或通過可再生能源轉(zhuǎn)化為熱能和電能進而制氫等等。
金屬水蒸氣熱化制氫其歷史可追溯到20世紀70年代，它是一種利用金屬與水蒸氣在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制取氫氣的技術(shù)，常用的金屬有鋁、鋅、鎂、鐵等。早在 1940 年代，美國就開始研究金屬-水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，但其經(jīng)濟性較差，所以金屬水蒸氣熱化制氫一直沒有得到有效發(fā)展。以鋁水蒸氣制氫為例，9公斤金屬鋁僅能生產(chǎn)1公斤氫氣，這主要是因為在生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物Al(OH)?會在Al表面形成膜，阻礙了金屬鋁水解反應(yīng)發(fā)生。所以怎樣去除Al(OH)?，膜至關(guān)重要。
毛宗強團隊經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)，將25克金屬狀物和10千克水蒸汽（160攝氏度飽和水蒸氣）進行反應(yīng)，并定時取樣，發(fā)現(xiàn)25克金屬樣品能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生360.29克氫，相當9克鋁制得130克氫氣，為常規(guī)鋁水制氫的近130倍，且試驗結(jié)果顯示氫氣純度大于94.4%，水蒸氣為5.55%。
并與中石油渤海石油裝備制造有限公司聯(lián)合進行了中試實驗，自主研發(fā)了金屬裂解水蒸氣制綠氫裝置、單臺設(shè)備產(chǎn)氫量350立方米/小時，反應(yīng)條件為160℃、0.65MPa水蒸氣。并在遼河熱采機械公司完成制造及調(diào)試，實現(xiàn)了綠氫制備、摻氫燃燒以及純氫燃燒的全程穩(wěn)定運行，再次驗證高溫下金屬熱化學(xué)裂解制氫具有可行性。
綜合計算，金屬水蒸氣制氫具有很大的成本優(yōu)勢及安全性優(yōu)勢。毛宗強強調(diào)，金屬水蒸氣熱化學(xué)制氫的安全性取決于設(shè)備的設(shè)計、操作條件的控制、安全措施的實施等。金屬水蒸氣熱化學(xué)制氫的涉氫工作條件溫和，參考現(xiàn)有的工業(yè)運行經(jīng)驗，通過精心設(shè)計和嚴格的操作規(guī)程，完全可以保障這一過程的安全性。
技術(shù)改變格局，毛宗強指出，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由目前的先制氫-運氫-用氫改變?yōu)橄戎平饘?運金屬-就地制氫，金屬熱化學(xué)制氫的突破將使得新的氫能產(chǎn)業(yè)鏈更具競爭力，重塑現(xiàn)有氫的產(chǎn)業(yè)鏈。未來，金屬水蒸氣熱化學(xué)制的氫氣仍然還有很大的技術(shù)升級和降低成本的空間，預(yù)計到2030年金屬熱化學(xué)制氫成本降低50%以上。也同樣需要論證金屬水蒸氣熱化學(xué)制的氫氣是綠氫，即綠色冶金和綠色水蒸氣的結(jié)合。
