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

美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的這項技術(shù)的基礎是，一個(gè)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(dòng)到化學(xué)反應中至關(guān)重要，化學(xué)反應產(chǎn)生氫氣，用于運輸、發(fā)電和其他工業(yè)用途。

PNNL開(kāi)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(shù)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(huì )降低氫氣的成本。個(gè)是一個(gè)新的增材制造工藝，已經(jīng)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(wàn)人口提供服務(wù)。第二個(gè)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(chǎn)氫氣所需的能量，同時(shí)提高了反應器的耐用性和安全性。

這種微通道技術(shù)的一個(gè)近期用途是為燃料電池電動(dòng)汽車(chē)制造氫氣，SoCalGas公司研發(fā)部高級主管Yuri Freedman說(shuō)："因為這項技術(shù)占地面積小，并大大提高了將天然氣轉化為氫氣的過(guò)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(chǎn)氫氣。對于我們 SoCalGas 來(lái)說(shuō)，這是實(shí)現我們的目標的重要一步，即到 2045 年在我們的運營(yíng)和能源交付中實(shí)現溫室氣體的凈排放。這項技術(shù)可以極大地改變加州的氫氣生產(chǎn)和使用，推動(dòng)SoCalGas實(shí)現加州和我們客戶(hù)的氣候目標。"

為氫氣基礎設施提供燃料

由于STARS技術(shù)可以在任何有天然氣的地方產(chǎn)生氫氣，開(kāi)發(fā)者說(shuō)這項技術(shù)可以大大減少用特殊高壓管拖車(chē)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(diǎn)制氫的成本與傳統燃料相比具有競爭力。

"把這些小型、高效、大規模生產(chǎn)的發(fā)電機想象成'化學(xué)變壓器'，類(lèi)似于電網(wǎng)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(gè)'氫氣網(wǎng)'，為加氣站提供廉價(jià)的氫氣，其數量與現場(chǎng)需求相匹配。"STARS TC的總裁和該技術(shù)的發(fā)明者Bob Wegeng說(shuō)道。

從甲烷中生產(chǎn)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(chǎn)過(guò)程有時(shí)會(huì )排放二氧化碳，并使用大量的能源--其中大部分能源來(lái)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(yáng)熱和感應式太陽(yáng)能-電力加熱，可以用來(lái)加熱天然氣和水以打破化學(xué)鍵，比其他常見(jiàn)的甲烷制氫過(guò)程少排放30%的二氧化碳。

獲得許可的氫氣生產(chǎn)過(guò)程是非常高效的，減少了生產(chǎn)高價(jià)值化學(xué)品所需的熱能。甲烷和蒸汽通過(guò)緊湊的螺旋形微通道--厚度不超過(guò)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(dòng)化學(xué)反應，并從天然氣和水中釋放出氫氣。

由于氫氣可以以經(jīng)濟和清潔的方式生產(chǎn)，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(wàn)美元，支持在該州繼續建設至少100個(gè)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(gè)小型模塊化反應器--每個(gè)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(shù)的原始發(fā)明者。

3D打印降低氫氣生產(chǎn)的成本

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

PNNL的技術(shù)商業(yè)化經(jīng)理Sara Hunt說(shuō)："這種增材制造工藝通過(guò)減少零件，形成幾乎不可能通過(guò)鑄造或機械加工工藝制造的幾何形狀，以及消除時(shí)間密集的制造步驟，降低了制造成本。"這項技術(shù)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(xué)轉化為能源的速度。"

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

微通道技術(shù)制氫機的開(kāi)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(shù)、太陽(yáng)能技術(shù)和先進(jìn)制造辦公室。

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