氢能作为一种热值高、能量密度大、来源多样的绿色能源，被誉为21世纪的“终极能源”。如何开发出更低成本的氢能，助力实施产业建圈强链？
近日，记者从四川大学获悉，四川大学芶富均教授团队在其研发的国内首套液态金属制氢设备基础上，在熔融催化剂材料制备、反应裂解炉设计和加工、在线连续排碳技术等方面取得了重大突破，顺利进入熔融介质裂解制氢产业化阶段。
满足大规模应用
目前，利用可再生能源+水电解的方案是大规模生产绿氢的唯一技术路线，然而太阳能和风能等可再生能源充沛地区往往存在水资源不足、远离需求中心等矛盾，存在高能耗、高成本、远距离储运安全等问题。因此，目前全球正积极探索低碳排放、低成本、可大规模应用的绿氢制备新技术。
去年初，芶富均教授团队在国内首次研发出液态金属热裂解装置，利用液态金属产生稳态热解温度场，结合液态金属本身的催化特性，可促进甲烷分子裂解形成氢气和固态碳，实现零排放、高效制氢。
近日，该团队又迎来新进展——历经一年半，成功开发了新一代绿氢制备技术——熔融介质催化热裂解制氢。
“天然气的主要成分是甲烷，目前天然气重整制氢技术存在大量碳排放问题。”芶富均说，利用熔融介质催化热裂解制氢技术可以将天然气中的甲烷裂解成氢和固态碳（炭黑、石墨或石墨烯），无CO2排放，可直接利用现有天然气和LNG的基础设施制备绿氢。
“熔融介质热裂解技术基本原理是采用具有催化特性的熔融介质材料，主要为液态金属和熔融盐，作为高温媒介，使碳氢化合物中的碳氢键断裂生成氢气和固态碳，反应过程中无二氧化碳产生。”芶富均进一步解释，同时，相比于电解水制氢，催化热裂解所需能量更低，并且可以获得副产物碳，经济效益更高。
此外，我国天然气基础设施完善、技术成熟且无区域限制，相比于电解水制备-存储-运输-使用的工业流程，催化热裂解技术只需通过管道运输天然气并在用户区域现场制氢，氢气储运成本更低并且安全性更高，可以满足绿氢在交通、电力、化工、建筑等领域的大规模应用。
建立自主研发平台
“通过十年来大量研究探索，团队掌握了催化剂材料制备、反应器材料选取、结构设计和制造等关键技术，自主开发了熔融介质制氢实验平台。”芶富均介绍，团队自主开发了高效、低成本的催化剂，在1100℃下甲烷转化率高达95%。同时，发展了在线除碳新技术，可实现连续制氢。相关技术取得了重大突破。
此外，通过调节反应器中反应温度、天然气流量、催化剂种类等关键参数，也可实现大规模石墨烯的生产等，极大地增大副产物碳的经济附加值。
“测算表明，氢气制备成本为18元/公斤，随着大规模应用，制氢成本必将继续降低。”芶富均表示，目前研究团队已建立中试关键技术的研发平台，预计2024年实现日产100-500公斤氢气的中试目标。“中试完成后，针对不同应用场景我们可提供两种技术解决方案，即集中式大规模制氢站和分布式撬装现场制氢加氢站。”
芶富均教授团队长期专注于高温液态金属的基础和应用研究。这支科研队伍很年轻，科研一线的十余名成员平均年龄只有30余岁。在国家重点研发计划、国家自然科学基金等科研项目支持下，积累了丰富的液态金属制氢、储能、聚变堆偏滤器、硼中子俘获治疗（BNCT）靶等应用领域研究经验。在液态金属制氢和制石墨烯等方面已申请了20余项专利，部分成果获得2019年度四川省科技进步一等奖。
“川渝两地天然气及页岩气资源储量十分丰富，这是发展氢能的良机。”芶富均说。为打好实现碳达峰碳中和这场硬仗，熔融介质裂解制氢可成为当下高效率、低成本、大规模制备绿氢，助力碳减排和优化清洁能源结构最有潜力的技术方案。发展该技术，有利于改善两地能源结构，促进天然气就地绿色转换。
