一項從傳統天然氣或從生物質制成的可再生天然氣中產生氫氣的新技術，可能是推進加州氫氣公路、燃料電池汽車和卡車以及創(chuàng)造其他有價值產品的下一個大事件。

美國能源部太平洋西北國家實驗室開發(fā)的這項技術的基礎是，一個與通用卡寬度相當的微小通道，用于傳遞熱量。這些微通道對于有效地將能量驅動到化學反應中至關重要，化學反應產生氫氣，用于運輸、發(fā)電和其他工業(yè)用途。

PNNL開發(fā)的氫氣發(fā)生器被授權給華盛頓州里奇蘭的一家清潔技術初創(chuàng)公司STARS科技公司。氫氣發(fā)生器有兩項最近的創(chuàng)新，可能會降低氫氣的成本。個是一個新的增材制造工藝，已經授權給STARS TC和SoCalGas--一家位于洛杉磯的天然氣分配公司，為加州中部和南部的2200萬人口提供服務。第二個是一種新穎的螺旋式反應器設計，可以更地分配熱量并提高反應器的效率。這種設計是授權給SoCalGas的，限度地減少了生產氫氣所需的能量，同時提高了反應器的耐用性和安全性。

這種微通道技術的一個近期用途是為燃料電池電動汽車制造氫氣，SoCalGas公司研發(fā)部高級主管Yuri Freedman說："因為這項技術占地面積小，并大大提高了將天然氣轉化為氫氣的過程的效率，它使氫氣更清潔，更容易輸送--你可以在附近有天然氣管道的地方生產氫氣。對于我們 SoCalGas 來說，這是實現我們的目標的重要一步，即到 2045 年在我們的運營和能源交付中實現溫室氣體的凈排放。這項技術可以極大地改變加州的氫氣生產和使用，推動SoCalGas實現加州和我們客戶的氣候目標。"

為氫氣基礎設施提供燃料

由于STARS技術可以在任何有天然氣的地方產生氫氣，開發(fā)者說這項技術可以大大減少用特殊高壓管拖車運輸氫氣的需要。消除公路運輸可以改善公共安全，減少溫室氣體排放，并有助于使使用點制氫的成本與傳統燃料相比具有競爭力。

"把這些小型、高效、大規(guī)模生產的發(fā)電機想象成'化學變壓器'，類似于電網上的電力變壓器，它們可以被放置在天然氣分配系統的任何地方，因此它成為一個'氫氣網'，為加氣站提供廉價的氫氣，其數量與現場需求相匹配。"STARS TC的總裁和該技術的發(fā)明者Bob Wegeng說道。

從甲烷中生產氫氣

宇宙中豐富的元素，氫，通常是其他化合物的一部分，如水或甲烷。天然氣主要由甲烷組成，是自然界有效的氫氣載體之一。使用天然氣的傳統氫氣生產過程有時會排放二氧化碳，并使用大量的能源--其中大部分能源來自碳排放源。但有了新的氫氣發(fā)生器，各種更有效的加熱方法，包括集中太陽熱和感應式太陽能-電力加熱，可以用來加熱天然氣和水以打破化學鍵，比其他常見的甲烷制氫過程少排放30%的二氧化碳。

獲得許可的氫氣生產過程是非常高效的，減少了生產高價值化學品所需的熱能。甲烷和蒸汽通過緊湊的螺旋形微通道--厚度不超過幾毫米--這些通道迅速而均勻地將氣態(tài)混合物暴露在熱量中，從而推動化學反應，并從天然氣和水中釋放出氫氣。

由于氫氣可以以經濟和清潔的方式生產，它很好地支持了加州的第8號議案，該議案每年投入高達2000萬美元，支持在該州繼續(xù)建設至少100個氫氣燃料站。

今年春天，SoCalGas 將從 STARS TC 收到一臺氫氣發(fā)生器，其中包括六個小型模塊化反應器--每個直徑約 10 英寸。STARS TC主要由前PNNL工作人員組成，其中一人是PNNL的微通道技術的原始發(fā)明者。

3D打印降低氫氣生產的成本

最近，PNNL、STARS TC和SoCalGas合作對制氫系統進行了改進，包括螺旋式微通道設計。這個團隊還開發(fā)了一種新穎的工藝，使用3D打印方法來建造產氫化學反應器。

PNNL的技術商業(yè)化經理Sara Hunt說："這種增材制造工藝通過減少零件，形成幾乎不可能通過鑄造或機械加工工藝制造的幾何形狀，以及消除時間密集的制造步驟，降低了制造成本。"這項技術包括在設備內建立結構的特別方法，以加強熱傳導。它還使材料能夠被涂上或浸漬上催化劑，以加快化學轉化為能源的速度。"

另外，PNNL、SoCalGas和其他公司還在合作開發(fā)新型化學反應器，共同生產氫氣和固體碳材料，如碳纖維產品和碳納米管，這可以進一步抵消無溫室氣體氫氣生產的成本。這與可再生天然氣的額外使用相結合，意味著這些反應器系統可以幫助SoCalGas在2045年之前努力實現凈排放。

微通道技術制氫機的開發(fā)得到了RAPID研究所和美國能源部能源效率和可再生能源辦公室的支持，包括氫氣和燃料電池技術、太陽能技術和先進制造辦公室。

轉載來源：賢集網

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