加拿大研发高效水蒸气分解氢气新方法 有效降低制氢成本

据外媒报道，加拿大安大略科技大学（University of Ontario Institute of Technology）的研究人员正在研究一种新方法，通过微波产生等离子体（质壁分离），将水蒸气分解成氢气。

（图片来源：greencarcongress.com）

制氢已经成为无碳解决方案的焦点，而且清洁制氢的方法也越来越受到重视，制成纯氢需要大量的能量。不过，考虑到此种气体在燃烧时不会排放污染物，而且可用于电动汽车等大量应用中，有大量的研究专注于有效降低制氢成本。

氢气(H2)是无色无味双原子气体。相对空气密度为0.069，为最轻的元素。在常温常压下，气态氢不与大多数物质发生反应。但在较高压力和适中温度条件下，氢与许多烃类材料发生催化反应。在正常压力和高温时，氢与氧及其它气体、许多金属和金属氧化物反应，是一种高效还原剂。液态氢的正常沸点为-252.8° C，是除了氦以外的温度最低的低温气体。但由于这种气体高度易燃，很少用到这一属性。氢是一种气体燃料，燃烧时呈透明火焰，难以看见，水是唯一的燃烧产物。

多年以来氢气在许多工业过程中扮演了重要的角色。全球几乎半数的氢气产量都被用于化工行业生产氨气和甲醇。大量的氢气也用在金属加工、玻璃制造、电子及食品行业，以降低内燃机、炼油厂脱硫汽油和柴油的大量排放。这个过程需要使用氢气--在一个反应器里氢气与硫原料结合产生硫化氢。 硫再次分离后使用于橡胶的硫化作用或加工成肥料。

氢气是自然界最为普通的元素，与原油和天然气等化石燃料不同的是，氢气永远不会耗尽。和电力一样，氢气是一种能量载体，而非能源，所以它必须通过生产获得。即便如此，氢气还是具有多项优点，拥有替代化石燃料的巨大潜力。例如，经储存的氢气能够被直接用来作为燃料或生产电力。即使是使用现在传统的天然气蒸汽重整方法来生产氢气，这已经帮助从矿井到车轮的整个价值链降低了碳排放。氢燃料车相比现代柴油车能减少高达30%的碳排放。

氢气是一种有益于环保的能量载体。它是一种理想的介质，用来储存如风力和太阳能一类的再生能源，这类能源的供应从本质上来说是波动的。风力不可能一直存在，即使存在也不会有持续的风速。同样的，太阳能只在白天存在，在温和的气候条件下，它只有在夏季才有足够的能量。需要实现从上述可再生能源中按需所取，这取决于有效的能源存储方案。氢气在其中可以扮演关键的角色，因为来自于风力和太阳能电厂的能源能为水的电解提供电力。氢气可以被压缩或液化，同时以所需要的时间长度来存储。当需要使用能源时，氢气可以被燃烧来生产零排放的电力，或者通过燃料电池被直接转换为电能。

氢气的应用：

氢化起酥油 Edible Oil Hydrogenation ( Shortenings)

电子行业 （Electronics）， 如光伏（PV), LED

金属热处理 （heat treatment)

玻璃 （Glass）

石油及炼化 （Petroleum and Refinery)

氢燃料电池 （Hydrogen fuel cell)

加氢站（氢能汽车） （H2 filling station for H2 bus)

玻璃表面抛光Hydropox

热处理淬火Carboflex

热处理退火、钎焊Hydroflex

热处理粉末冶金Sinterflex

基于微波等离子体源（MPS）的方法是一种很有前途的制氢技术。尽管此前已有有关从碳氢化合物溶液中，利用等离子体化学物制氢的研究，但是，直接利用等离子体放电，以直接分解水蒸气的研究很少，也没有关于基于天线的微波制氢的研究。在此次研究中，研究人员设计了一种独特的新系统，采用2%的铈钨天线，以分解商用改良2.45 GHz微波中的水蒸气。

在该系统中，直接放电的蒸汽流在107摄氏度时会进入定制研发的反应堆中，而该反应堆位于900 W微波内，高电场产生的高能电子会加速2.45 GHz微波与水蒸气分子的碰撞，从而使此类分子被电离并解离成氢和氧自由基。

在铈钨天线的尖端，水蒸气会发生电离、重组和分解。未被分解的水蒸气会在回流冷凝器中冷凝，以避免与H2（氢气）和O2（氧气）进行重组，并对产生的气体进行分离和干燥，干燥气体通过冷凝器出口流向流量计和催化氢传感器。

能量效率和可用能分别为53%和44%，最大产氢量为13.3 g/kWh，产氢速率为25.7至78.3 mL/s。因此，该独特系统的效率和生产率都很好，为解决能源和可持续性等重要问题带来了希望。

文章来源： 盖世汽车