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麻省理工学院将致力于利用锡生产氢气而不排放二氧化碳

2021年02月23日 00:00 来源:ITA北京

麻省理工学院的碳捕获、利用和储存中心获得了75万美元的奖金,用于开展一项研究项目,利用熔融锡生产无二氧化碳排放的氢气。该奖励基金旨在支持推进二氧化碳减排气候变化技术的项目。


目前,大多数氢气是用蒸汽甲烷重整(SMR)工艺生产的,该工艺将二氧化碳作为副产品释放出来。因此,制氢工艺目前约占全球二氧化碳排放量的1%。氢是一种有价值的气体,用于生产氨,一种广泛使用的农业肥料。对这种肥料的需求会增加,以养活不断增长的人口,到2100年,人口将增长40%。除此之外,要推动以氢燃料电池为燃料的低碳氢经济,氢必须成为通过低排放途径生产的现成原料。


一段时间以来,利用热分解甲烷气体被认为是SMR的低排放替代品。在这个过程中,甲烷(CH4)在高温下直接分解成固体碳和氢气,这一过程被称为“裂解”。过去,这一工艺面临着诸如转化率低、反应器被固体碳堵塞等技术问题。Carlo Rubbia教授于2012年在德国开创了锡研究的新进展,他曾联合获得1984年诺贝尔物理学奖。他发起了一个由高级可持续性研究所(IASS)和卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)联合开展的项目,以研究锡技术。


德国研究小组进行了一系列实验,寻找甲烷热解的最佳反应器技术。他们的最终设计是一个1.2米高的装置,由石英和不锈钢制成,使用熔融纯锡催化。原理验证反应连续两周不间断运行,在1200?C下产生转化率为78%的氢气。IASS研究人员与RWTH亚琛大学合作,对其放大原型进行了生命周期评估(LCA)。与SMR相比,它们的甲烷裂解比SMR清洁50%。


在这项开创性研究的基础上,麻省理工学院的科学家们将推进从甲烷热解中回收氢气的技术。他们的工艺将再次使用熔融锡;这种金属对于防止反应器被碳堵塞至关重要。该小组已经开发出在极端温度下流动和控制液态金属的设备,而不会发生泄漏或材料退化。重要的是,这一过程将产生高价值、高纯度的副产品:固体碳。这种黑色粉状材料作为第二个收入来源,用于生产钢铁、碳纤维和其他碳基材料,将使低碳锡技术在经济上与目前排放密集的SMR氢气保持平衡。


我们的观点是:氢正越来越多地被视为一条通往低排放、气候友好型未来的道路。例如,氢能委员会预测,到2030年20%的柴油列车将被氢燃料列车取代,从而使二氧化碳排放量每年减少3.2gt。熔锡法只是目前考虑的几种制氢方法之一,水裂解法是另一种低碳方法,在汽车氢燃料电池的移动装置中使用熔融锡,尤其是在氢燃料站有限的情况下,锡可能具有进一步的优势,有可能从甲烷中产生氢气。另外,麻省理工学院的这项新举措确实可能是锡对未来可持续氢基经济贡献的一个进步。

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