北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的研究人员开发了一种从液体载体(LOHC)中提取氢气的新技术,这种技术比以前的方法更快、更便宜、更节能。
北卡州立大学化学和生物分子工程副教授Milad Abolhasani是一篇关于这项新技术的论文的通讯作者,他说:
“氢被广泛认为是一种可持续性的交通能源,但在它被视为现有技术的一种实际替代方案之前,还需要克服一些技术障碍。”
“采用氢经济的一大障碍是存储和运输成本。”
氢燃料不会产生二氧化碳排放。氢燃料补给站可以设在现有的加油站,利用现有的基础设施。但是运输氢气是危险的,所以氢气需要通过液体载体(LOHC)运输。
这一策略的一个关键障碍是,在目的地(如加气站)从液体载体中提取氢是能源密集且昂贵的。
“以前的研究已经表明,光催化剂可以只用阳光从液体载体中释放氢气,”Abolhasani说。
“然而,现有的技术做这个是费力的,耗时的,并且需要大量的铑——一种非常昂贵的金属。”
该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学前博士后研究员马雷克·易卜拉欣说:
“我们开发了一种技术,利用可重复使用的光催化剂和阳光,从液体载体中更快地提取氢气,并使用更少的铑——这使得整个过程的成本大大降低。”
“更重要的是,唯一的副产品是氢气和液体载体本身,可以重复使用。很可持续。”
这项新技术成功的一个关键在于它是一个连续流反应器。这个反应堆就像一个装满沙子的透明细管。这种“沙子”由微米级的氧化钛颗粒组成,其中许多颗粒被铑包裹。携带氢气的液体被泵入管子的一端。
镀有铑的粒子排列在管子的外部,阳光可以照射到它们。这些颗粒是光反应催化剂,在阳光的存在下,与液体载体反应,释放出氢气分子。
研究人员精确地设计了这个系统,只在氧化钛的外层颗粒上镀上铑,确保系统使用的铑不会超过必要的数量。
“在常规的间歇反应器中,99%的光催化剂是氧化钛,1%是铑,”Abolhasani说。“在我们的连续流反应器中,我们只需要使用0.025%的铑,这对最终成本有很大的影响。一克铑的价格超过500美元。”
在他们的原型反应堆中,研究人员能够在三个小时内达到99%的产量,这意味着99%的氢分子从液体载体中释放出来。
易卜拉欣说:“这比传统分批反应堆快8倍,后者需要24小时才能达到99%的产量。该系统应该很容易扩大,以允许催化剂在商业规模上重复使用——你可以简单地延长管道或将多个管道并行运行。”
在效率下降之前,该系统可以连续运行72小时。同时,催化剂可以“再生”,而无需从反应器中移除——这是一个简单的清洁过程,大约需要6个小时。然后,系统可以重新启动,以最高效率再运行72小时。
北卡罗来纳州立大学已经为这项技术申请了临时专利。这篇论文发表在《ChemSusChem》杂志上。论文的合著者是北卡罗来纳州立大学的博士后研究员杰弗里·贝内特。
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(素材来自:North Carolina State University 全球氢能网、新能源网综合) |