“吃粗糧”的催化劑問(wèn)世 我國科學(xué)家讓工業(yè)粗氫“一步變寶”

氫能，被譽(yù)為未來(lái)清潔能源的“明星”，正引領(lǐng)全球能源轉型的浪潮。然而，一個(gè)巨大的瓶頸阻礙著(zhù)它的廣泛應用：我們手上有大量現成“粗氫”，卻難以高效、低成本地提純和儲存。復旦大學(xué)未來(lái)能源高等研究院包信和院士、朱義峰研究員及北京大學(xué)馬丁教授團隊日前在《自然·能源》發(fā)表一項重要成果。他們成功研發(fā)出一種全新的催化技術(shù)，首次實(shí)現了工業(yè)粗氫的直接分離與存儲一體化。

“工業(yè)粗氫是一種被雜質(zhì)困住的寶藏。”包信和表示，全球每年生產(chǎn)氫氣超過(guò)9500萬(wàn)噸，我國貢獻超過(guò)3300萬(wàn)噸，是產(chǎn)氫大國。其中超過(guò)98%的氫氣來(lái)自煤炭、天然氣等化石能源的重整過(guò)程。此外，鋼鐵、化工等行業(yè)也會(huì )排放大量含氫廢氣，每年全球排放量約990萬(wàn)噸。“這些都是寶貴的‘工業(yè)粗氫’。但它們都含有大量雜質(zhì)——主要是一氧化碳和二氧化碳(統稱(chēng)COx)?，F有的分離提純技術(shù)復雜、成本高昂，導致這些量大價(jià)廉的粗氫資源難以直接用于氫燃料電池汽車(chē)等高端領(lǐng)域，造成了巨大的資源浪費。”

成果的核心突破在于設計了一種“聰明”的新型催化劑，讓催化劑學(xué)會(huì )“挑食”。“這種催化劑的精妙之處在于它能精準‘抓取’粗氫中的氫氣分子進(jìn)行反應，卻對‘討厭’的雜質(zhì)COx‘視而不見(jiàn)’。他們利用這種催化劑，巧妙地將粗氫中的氫氣，像‘存錢(qián)’一樣直接儲存到一種特定的液體分子中。”朱義峰解釋道。

他表示，當需要純凈氫氣時(shí)，比如給燃料電池汽車(chē)加氫，只需對這個(gè)“儲氫液體”進(jìn)行簡(jiǎn)單催化反應(脫氫)，就能釋放出純度極高、完全不含COx雜質(zhì)的氫氣，滿(mǎn)足嚴格的使用要求。

新技術(shù)為何如此強大?

“關(guān)鍵在于實(shí)現了三大突破。”朱義峰介紹，首先是“抗毒”能力強，即使在雜質(zhì)COx濃度超過(guò)50%、比氫氣還多，且溫度高達170℃的惡劣環(huán)境下，這種催化劑依然能高效工作，性能媲美使用純氫!這徹底打破了傳統催化劑極易被雜質(zhì)“毒死”失效的局限。其次，流程革命性簡(jiǎn)化，告別煩瑣的“先提純、再儲存運輸”老路。傳統方法需要經(jīng)過(guò)水汽變換、脫碳、吸附、Pd膜分離、深冷等多道復雜工序提純氫氣，然后再壓縮或液化儲存運輸，最后還得釋放使用，過(guò)程冗長(cháng)、設備多、能耗高、成本巨大。新技術(shù)一步到位完成“分離+儲存”，大大縮短了流程，顯著(zhù)降低了能耗和設備投資。

“更重要的是產(chǎn)出價(jià)值高，這一技術(shù)能最終得到直接用于燃料電池的高純氫氣，而得到的COx富集尾氣也具有一定經(jīng)濟與應用價(jià)值。”

“我們研發(fā)的‘吃粗糧’的催化劑，讓工業(yè)粗氫中的氫氣精準‘存’進(jìn)液體，使用時(shí)再釋放高純氫，一步解決分離和儲存兩大世界性難題，盤(pán)活巨量粗氫資源。”馬丁強調。