一项从传统天然气或从生物质制成的可再生天然气中产生氢气的新技术,可能是推进加州氢气公路、燃料电池汽车和卡车以及创造其他有价值产品的下一个大事件。

低成本制氢技术的问世 加快了氢能进入市场的速度

美国能源部太平洋西北国家实验室开发的这项技术的基础是,一个与信用卡宽度相当的微小通道,用于传递热量。这些微通道对于有效地将能量驱动到化学反应中至关重要,化学反应产生氢气,用于运输、发电和其他工业用途。


PNNL开发的氢气发生器被授权给华盛顿州里奇兰的一家清洁技术初创公司STARS科技公司。氢气发生器有两项最近的创新,可能会降低氢气的成本。第一个是一个新的增材制造工艺,已经授权给STARS TC和SoCalGas--一家位于洛杉矶的天然气分配公司,为加州中部和南部的2200万人口提供服务。第二个是一种新颖的螺旋式反应器设计,可以更精确地分配热量并提高反应器的效率。这种设计是独家授权给SoCalGas的,最大限度地减少了生产氢气所需的能量,同时提高了反应器的耐用性和安全性。

低成本制氢技术的问世 加快了氢能进入市场的速度

这种微通道技术的一个近期用途是为燃料电池电动汽车制造氢气,SoCalGas公司研发部高级主管Yuri Freedman说:"因为这项技术占地面积小,并大大提高了将天然气转化为氢气的过程的效率,它使氢气更清洁,更容易输送--你可以在附近有天然气管道的地方生产氢气。对于我们 SoCalGas 来说,这是实现我们的目标的重要一步,即到 2045 年在我们的运营和能源交付中实现温室气体的净零排放。这项技术可以极大地改变加州的氢气生产和使用,推动SoCalGas实现加州和我们客户的气候目标。"


为氢气基础设施提供燃料


由于STARS技术可以在任何有天然气的地方产生氢气,开发者说这项技术可以大大减少用特殊高压管拖车运输氢气的需要。消除公路运输可以改善公共安全,减少温室气体排放,并有助于使使用点制氢的成本与传统燃料相比具有竞争力。


"把这些小型、高效、大规模生产的发电机想象成'化学变压器',类似于电网上的电力变压器,它们可以被放置在天然气分配系统的任何地方,因此它成为一个'氢气网',为加气站提供廉价的氢气,其数量与现场需求相匹配。"STARS TC的总裁和该技术的发明者Bob Wegeng说道。


从甲烷中生产氢气


宇宙中最丰富的元素,氢,通常是其他化合物的一部分,如水或甲烷。天然气主要由甲烷组成,是自然界最有效的氢气载体之一。使用天然气的传统氢气生产过程有时会排放二氧化碳,并使用大量的能源--其中大部分能源来自碳排放源。但有了新的氢气发生器,各种更有效的加热方法,包括集中太阳热和感应式太阳能-电力加热,可以用来加热天然气和水以打破化学键,比其他常见的甲烷制氢过程少排放30%的二氧化碳。


获得许可的氢气生产过程是非常高效的,减少了生产高价值化学品所需的热能。甲烷和蒸汽通过紧凑的螺旋形微通道--厚度不超过几毫米--这些通道迅速而均匀地将气态混合物暴露在热量中,从而推动化学反应,并从天然气和水中释放出氢气。


由于氢气可以以经济和清洁的方式生产,它很好地支持了加州的第8号议案,该议案每年投入高达2000万美元,支持在该州继续建设至少100个氢气燃料站。


今年春天,SoCalGas 将从 STARS TC 收到一台氢气发生器,其中包括六个小型模块化反应器--每个直径约 10 英寸。STARS TC主要由前PNNL工作人员组成,其中一人是PNNL的微通道技术的原始发明者。


3D打印降低氢气生产的成本

低成本制氢技术的问世 加快了氢能进入市场的速度

最近,PNNL、STARS TC和SoCalGas合作对制氢系统进行了改进,包括螺旋式微通道设计。这个团队还开发了一种新颖的工艺,使用3D打印方法来建造产氢化学反应器。


PNNL的技术商业化经理Sara Hunt说:"这种增材制造工艺通过减少零件,形成几乎不可能通过铸造或机械加工工艺制造的几何形状,以及消除时间密集的制造步骤,降低了制造成本。"这项专利技术包括在设备内建立结构的独特方法,以加强热传导。它还使材料能够被涂上或浸渍上催化剂,以加快化学转化为能源的速度。"


另外,PNNL、SoCalGas和其他公司还在合作开发新型化学反应器,共同生产氢气和固体碳材料,如碳纤维产品和碳纳米管,这可以进一步抵消无温室气体氢气生产的成本。这与可再生天然气的额外使用相结合,意味着这些反应器系统可以帮助SoCalGas在2045年之前努力实现净零排放。


微通道技术制氢机的开发得到了RAPID研究所和美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持,包括氢气和燃料电池技术、太阳能技术和先进制造办公室。


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