新型质子陶瓷反应堆可一步实现高效制氢和碳捕获

Frontier 7月 31, 2022 1.25w 浏览 0

来自挪威 CoorsTek Membrane Sciences 和 SINTEF 以及西班牙瓦伦西亚理工大学的一组研究人员展示了一个 36-电池平衡良好的质子陶瓷反应堆，该反应堆由一种新的互连实现，甲烷的完全转化，回收率超过99%，形成加压氢，留下浓缩的二氧化碳流。该团队还证明，该过程可以扩大用于商业应用。

关于这项研究工作发表在《科学》杂志上。

质子陶瓷电化学反应器可以通过在800°C下电解泵送质子穿过膜，从气体混合物中提取纯氢。然而，随着萃取的进行，温度梯度和熵效应会导致效率下降。新的镍基玻璃陶瓷复合互连允许设计更复杂的反应器路径。逆流平衡了热流，并保持了稳定的操作条件，使氢回收效率达到99%。

该研究是在 SINTEF 位于奥斯陆的设施和实验室进行的，这些设施和实验室与 CoorsTek Membrane Sciences 的场地位于同一地点。

用于从天然气中生产氢气的蒸汽重整技术是众所周知的。与蒸汽重整相关的一个主要问题是，该过程需要能源，分几个阶段进行。它还将二氧化碳作为副产品。另一方面，新技术不需要外部热量来驱动蒸汽重整过程。新工艺的关键在于，当氢被泵送通过陶瓷膜时，热量会自动产生。这样，热量就在需要的地方产生。

新方法中使用的最小构件是电化学燃料电池，由一个 6 厘米长的陶瓷圆柱体组成。放大的膜反应器尺寸为 4 x 40 厘米。它由 36 个这样的电池组成，这些电池连接起来形成一个连续的电路。

连接电池的材料由玻璃陶瓷组成，顾名思义，玻璃陶瓷是玻璃和陶瓷材料（例如瓷器）的复合材料。然后将这种材料与导电金属粉末混合。

据 CoorsTek Membrane Sciences 称，这种材料的开发是使放大过程成为可能的关键。然后将反应器膜放置在钢管中，使气体处于高压下。

在遇到甲烷 (CH ₄ ) 时，质子陶瓷膜将单个原子分解成其组成的质子和电子。带正电的质子穿过膜，而电子被电极捕获并通过外部电路在膜周围传输。当质子和电子在膜的另一侧重新结合时，产物是纯净的压缩氢。

这种用于制氢的新型陶瓷膜反应器背后的技术是由 CoorsTek 膜科学、奥斯陆大学和西班牙巴伦西亚的 Instituto de Tecnologica Quimica 的研究人员开发的。SINTEF 在该项目中的作用是测试反应堆并研究如何将这种新的制氢概念整合到更大的能源系统中。

这项技术的下一阶段开发已经在顺利进行。在沙特阿拉伯的达兰建立了一个试点设施。安装在该设施上的发电机比科学论文中描述的发电机大五倍，也被证明可以工作。

SINTEF 继续与 CoorsTek Membrane Sciences 合作开发更大的膜反应器，两个组织都在开展与材料技术相关的其他项目。

该研究由 ENGIE、埃克森美孚、Equinor、沙特阿美、壳牌和 Total Energies 资助。该项目也由 Gassnova 资助，作为 CLIMIT CO ₂管理研究计划的一部分。该研究是在开放创新模式下进行的，所有项目合作伙伴都可以完全访问项目期间生成的所有数据。获取更多前沿科技研究进展访问：https://byteclicks.com

该图显示了用于制氢的新型陶瓷膜背后的原理

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