氫能，被譽為未來清潔能源的“明星”，正引領全球能源轉型的浪潮。然而，一個巨大的瓶頸阻礙著它的廣泛應用：我們手上有大量現成“粗氫”，卻難以高效、低成本地提純和儲存。復旦大學未來能源高等研究院包信和院士、朱義峰研究員及北京大學馬丁教授團隊日前在《自然·能源》發表一項重要成果。他們成功研發出一種全新的催化技術，首次實現了工業粗氫的直接分離與存儲一體化。
“工業粗氫是一種被雜質困住的寶藏。”包信和表示，全球每年生產氫氣超過9500萬噸，我國貢獻超過3300萬噸，是產氫大國。其中超過98%的氫氣來自煤炭、天然氣等化石能源的重整過程。此外，鋼鐵、化工等行業也會排放大量含氫廢氣，每年全球排放量約990萬噸。“這些都是寶貴的‘工業粗氫’。但它們都含有大量雜質——主要是一氧化碳和二氧化碳(統稱COx)。現有的分離提純技術復雜、成本高昂，導致這些量大價廉的粗氫資源難以直接用于氫燃料電池汽車等高端領域，造成了巨大的資源浪費。”
成果的核心突破在于設計了一種“聰明”的新型催化劑，讓催化劑學會“挑食”。“這種催化劑的精妙之處在于它能精準‘抓取’粗氫中的氫氣分子進行反應，卻對‘討厭’的雜質COx‘視而不見’。他們利用這種催化劑，巧妙地將粗氫中的氫氣，像‘存錢’一樣直接儲存到一種特定的液體分子中。”朱義峰解釋道。
他表示，當需要純凈氫氣時，比如給燃料電池汽車加氫，只需對這個“儲氫液體”進行簡單催化反應(脫氫)，就能釋放出純度極高、完全不含COx雜質的氫氣，滿足嚴格的使用要求。
新技術為何如此強大?
“關鍵在于實現了三大突破。”朱義峰介紹，首先是“抗毒”能力強，即使在雜質COx濃度超過50%、比氫氣還多，且溫度高達170℃的惡劣環境下，這種催化劑依然能高效工作，性能媲美使用純氫!這徹底打破了傳統催化劑極易被雜質“毒死”失效的局限。其次，流程革命性簡化，告別煩瑣的“先提純、再儲存運輸”老路。傳統方法需要經過水汽變換、脫碳、吸附、Pd膜分離、深冷等多道復雜工序提純氫氣，然后再壓縮或液化儲存運輸，最后還得釋放使用，過程冗長、設備多、能耗高、成本巨大。新技術一步到位完成“分離+儲存”，大大縮短了流程，顯著降低了能耗和設備投資。
“更重要的是產出價值高，這一技術能最終得到直接用于燃料電池的高純氫氣，而得到的COx富集尾氣也具有一定經濟與應用價值。”
“我們研發的‘吃粗糧’的催化劑，讓工業粗氫中的氫氣精準‘存’進液體，使用時再釋放高純氫，一步解決分離和儲存兩大世界性難題，盤活巨量粗氫資源。”馬丁強調。
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