金屬熱化學制氫的突破將重塑氫能產業鏈

       發展氫能是實現碳中和的重要途徑已經成為各界共識，但我國目前的氫能發展進展不盡如人意，擴展新思路是必由之路。清華大學核能與新能源技術研究院教授毛宗強在日前于濟南舉辦的第二屆“能源•化工齊魯高質量發展大會”提到金屬熱化學制氫可破解這一難題。

       儲氫、運氫是目前氫能產業鏈的痛點。因綠氫需求與產地的地理分布錯位，導致了“北氫南運”和“西氫東運”的現象，增加了運輸成本和供應難度。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難題，增加了產業鏈的復雜性和成本。因而，新的儲氫技術也就備受關注。

       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生化學反應制取氫氣的技術，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-水反應產生氫氣，但其經濟性較差，所以金屬水蒸氣熱化制氫一直沒有得到有效發展。以鋁水蒸氣制氫為例，9公斤金屬鋁僅能生產1公斤氫氣，這主要是因為在生產過程中的副產物Al(OH)?會在Al表面形成膜，阻礙了金屬鋁水解反應發生。所以怎樣去除Al(OH)?，膜至關重要。

       毛宗強團隊經過多年研究發現，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，并定時取樣，發現25克金屬樣品能夠穩定地產生360.29克氫，相當9克鋁制得130克氫氣，為常規鋁水制氫的近130倍，且試驗結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合進行了中試實驗，自主研發了金屬裂解水蒸氣制綠氫裝置、單臺設備產氫量350立方米/小時，反應條件為160℃、0.65MPa水蒸氣。并在遼河熱采機械公司完成制造及調試，實現了綠氫制備、摻氫燃燒以及純氫燃燒的全程穩定運行，再次驗證高溫下金屬熱化學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勢及安全性優勢。毛宗強強調，金屬水蒸氣熱化學制氫的安全性取決于設備的設計、操作條件的控制、安全措施的實施等。金屬水蒸氣熱化學制氫的涉氫工作條件溫和，參考現有的工業運行經驗，通過精心設計和嚴格的操作規程，完全可以保障這一過程的安全性。

       技術改變格局，毛宗強指出，氫能產業鏈由目前的先制氫-運氫-用氫改變為先制金屬-運金屬-就地制氫，金屬熱化學制氫的突破將使得新的氫能產業鏈更具競爭力，重塑現有氫的產業鏈。未來，金屬水蒸氣熱化學制的氫氣仍然還有很大的技術升級和降低成本的空間，預計到2030年金屬熱化學制氫成本降低50%以上。也同樣需要論證金屬水蒸氣熱化學制的氫氣是綠氫，即綠色冶金和綠色水蒸氣的結合。