韩国能源研究所发现新方法 可生产基于氨的清洁氢气

站长云网 2024-03-22 5iter.com 站长云网

韩国能源研究所(KIER)氢研究部JungUnho博士的研究团队开发出了韩国首个清洁制氢技术。这种创新方法以氨分解为基础,不使用化石燃料。该团队的这一突破可以为更可持续、更环保的能源铺平道路。这样就可以生产出符合氢动力汽车国际标准的高纯度氢,而不会产生因使用化石燃料而产生的二氧化碳排放。

科学家们推出了一种不使用化石燃料、利用氨生产清洁氢气的新技术,为氢动力汽车提供了一种生态友好型替代品,并有望应用于可持续能源和运输领域。图为第一个无碳氨分解反应器。图片来源:韩国能源研究院

氨是氢和氮的化合物,其储氢密度是液化氢的1.7倍,作为最具成本效益的氢气运输方法,它正受到越来越多的关注。特别是,由于它在化肥等各个领域的应用已有100多年的历史,因此具备基础设施、处理和安全标准。它被认为是解决氢气储存和运输难题的最实用的解决方案。

氨基无碳制氢技术的基本原理(上)。现有技术与KIER技术的比较(下图)。资料来源:韩国能源研究院

清洁制氢工艺

氨气仅由氢和氮组成,因此在分离氢气时不会排放碳。分解过程需要600℃以上的热能,而目前使用的是化石燃料,因此会排放二氧化碳。因此,要生产清洁的氢气,即使在分解氨的过程中也必须使用无碳能源。

通过利用分解反应中残留的少量氢气和氨气,研究人员能够在不使用化石燃料的情况下生产氢气。

右起:研究人员JungUnho、KooKeeYoung、ParkYoungha。资料来源:韩国能源研究院

要从氨气中生成纯氢,需要使用钌(Ru)催化剂在600℃以上的温度下分解氨气,然后通过变压吸附(PSA)技术提纯氢气。在采用这种方法时,会形成氮气和氢气的残余混合气体,并被重新用作氨分解反应器的加热元件。尽管如此,残余气体本身并不能提供足够的反应热,因此必须添加额外的热量。

用创新解决方案克服挑战

在现有技术中,由于使用天然气(LNG)或液化石油气(LPG)等化石燃料补充反应热不足,因此在燃烧过程中会排放二氧化碳。但是,利用这次开发的系统,通过提供氨而不是化石燃料,可以提供反应热,从源头上阻止二氧化碳的排放。

利用所开发的系统,每小时可生产5Nm3(约0.45千克)纯度超过99.97%的高纯度氢气,这种氢气可提供给氢能电动汽车的燃料电池。此外,所生产的氢气的氮杂质浓度小于300ppm,氨杂质浓度小于0.1ppm。它符合氢燃料电动汽车的国际标准ISO14687。

采用1000瓦级PEMFC的氨基制氢系统。资料来源:韩国能源研究院

研究团队利用从氨中提取的氢气,展示了用于建筑物的1千瓦燃料电池系统,该系统在发电的同时不会排放二氧化碳,这是一个重要的里程碑。这项与斗山燃料电池动力事业部(DoosanFuelCellPowerBU)合作进行的示范具有重要意义,因为它克服了二氧化碳排放问题,而这一直被认为是基于天然气(LNG)的燃料电池系统的缺点。它显示了使用清洁氢燃料电池发电的潜力。

据首席研究员JungUnho博士介绍,新开发的技术能够利用氨进行无碳制氢,填补了这一领域的空白,因此意义重大。该技术有望在使用清洁氢气的各个领域得到应用。他接着说:"氨和燃料电池的结合为生态船提供了一种可行的动力选择。随着我们规模的扩大,我们还能在清洁氢动力领域产生重大影响"。

同时,本研究得到了韩国南方电力有限公司(KOSPO)的支持。(KOSPO)的支持下进行的。

编译自:ScitechDaily

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