韩国能源技术研究院：“开发出有望加速环保‘青绿氢’商业化的新概念催化剂”

by Jeong Ilwoong

Published 21 Nov.2024 09:44(KST)

韩国能源技术研究院（以下简称“能技研”）21日表示，其氢能研究团由 Kim Uyeon 博士带领的研究团队开发出一种用于加快蓝绿氢生产及商业化进程的新概念镍–钴合成催化剂。

Kim Wuyeon博士研究团队正在利用镍-钴合成催化剂进行甲烷热分解反应实验。韩国能源技术研究院提供

蓝绿氢是一种通过分解甲烷（CH4）等碳氢化合物来生产氢气和碳的技术，在氢气生产反应过程中不排放二氧化碳，具有这一优点。

政府在2021年发布《第一轮氢经济落实基本规划》，宣布到2050年将在国内供应2800万吨清洁氢。围绕这一目标，近期氢能研究正以能够减少温室气体排放的氢气生产方式为中心积极推进。

清洁氢是指在生产过程中排放的温室气体数量维持在一定水平以下、可为实现碳中和作出贡献的氢气。目前在韩国国内，当生产1公斤氢气时排放的温室气体不超过4公斤，即被认定为清洁氢。

蓝绿氢是清洁氢的一种，通过利用高温热能分解作为天然气主要成分的甲烷，生产氢气和固体碳。虽然是以化石燃料为基础生产氢气，但由于生产过程中不排放二氧化碳，无需经过单独的二氧化碳捕集·储存过程即可生产清洁氢，这是蓝绿氢最大的优势。

然而，蓝绿氢技术因反应所需热量供应问题，商业化进程一直较为缓慢。蓝绿氢生产主要采用镍和铁基催化剂，但在低温区间反应性较低。因此，为了稳定生产蓝绿氢，需要维持约900摄氏度的高温，且对反应后与氢气一同生成的碳的利用方案也较少，这些都构成问题。

为克服催化剂的这些缺点，研究团队在镍基催化剂中加入钴元素，开发出一种新概念催化剂。新开发的催化剂可在比现有催化剂更低的温度下，以更高效率生产氢气。

例如，钴在生产碳材料产品时可作为催化剂使用，起到增强电化学活性和提高耐久性的作用。研究团队正是基于这一点，在原有镍催化剂中添加钴，并通过实验优化含量、确保可重复性，确认当镍含量为8%、钴含量为2%时，氢气生产率最高。

在600摄氏度的低温环境下，该催化剂在初始30分钟活性为基准时，表现出比既有催化剂高出50%以上的氢气生产率。此外，既有催化剂的初始活性维持时间为90分钟，而研究团队开发的催化剂则可在150分钟内保持初始活性，较原有水平延长了60%。

所谓初始活性，是指催化反应刚开始时表现出的活性状态，是评估催化剂候选群性能的第一指标。初始活性反应度越高、维持时间越长，该催化剂就被评价为越优良。

研究团队还确认，反应结束后催化剂表面会生成碳纳米管。碳纳米管作为二次电池电极材料、建筑材料等被广泛应用，是一种材料，在生产氢气的同时也展现出生产高附加值碳材料的可能性。

Kim Uhyun 博士表示：“本次研究结果表明，有可能同时生产氢气和碳纳米管，在生产率和经济性两方面都取得了突破性成果。研究团队将重点研究适用于所开发催化剂的量产技术并开展性能评估，从而掌握核心材料技术和反应系统设计技术。”

此外，本研究在韩国能源技术研究院基本项目的支持下开展，研究结果已于本月发表在化学工程领域世界权威期刊《Fuel Processing Technology》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。