韓國能源研究所發現新方法可生產基於氨的清潔氫氣
韓國能源研究所(KIER)氫研究部Jung Unho 博士的研究團隊開發了韓國首個清潔氫氣技術。這種創新方法以氨分解為基礎,不使用化石燃料。該團隊的這項突破可以為更永續、更環保的能源鋪路。這樣就可以生產出符合氫動力汽車國際標準的高純度氫,而不會產生因使用化石燃料而產生的二氧化碳排放。
![1st-Carbon-Free-Ammonia-Decomposition-Reactor.jpg](https://i0.wp.com/static.cnbetacdn.com/article/2024/0322/eff0b2293aec0ce.jpg?w=640&ssl=1)
科學家推出了一種不使用化石燃料、利用氨生產清潔氫氣的新技術,為氫動力汽車提供了生態友善替代品,並有望應用於永續能源和運輸領域。圖為第一個無碳氨分解反應器。圖片來源:韓國能源研究院
氨是氫和氮的化合物,其儲氫密度是液化氫的1.7 倍,作為最具成本效益的氫氣運輸方法,它正受到越來越多的關注。特別是,由於它在化肥等各個領域的應用已有100 多年的歷史,因此具備基礎設施、處理和安全標準。它被認為是解決氫氣儲存和運輸難題的最實用的解決方案。
![Basic-Principles-of-Ammonia-Based-Carbon-Free-Hydrogen-Production-Technology-Graphic.jpg](https://i0.wp.com/static.cnbetacdn.com/article/2024/0322/cbc8734e2eb14eb.jpg?w=640&ssl=1)
氨基無碳製氫技術的基本原理(上)。現有技術與KIER 技術的比較(下圖)。資料來源:韓國能源研究院
清潔氫氣製程
氨氣僅由氫和氮組成,因此在分離氫氣時不會排放碳。分解過程需要600℃以上的熱能,目前使用的是化石燃料,因此會排放二氧化碳。因此,要生產清潔的氫氣,即使在分解氨的過程中也必須使用無碳能源。
透過利用分解反應中殘留的少量氫氣和氨氣,研究人員能夠在不使用化石燃料的情況下生產氫氣。
![Jung-Unho-Koo-Kee-Young-Park-Youngha-scaled.jpg](https://i0.wp.com/static.cnbetacdn.com/article/2024/0322/500688a483608a8.jpg?w=640&ssl=1)
右起:研究人員Jung Unho、Koo Kee Young、Park Youngha。資料來源:韓國能源研究院
要從氨氣中生成純氫,需要使用釕(Ru)催化劑在600℃以上的溫度下分解氨氣,然後透過變壓吸附(PSA)技術來純化氫氣。在採用這種方法時,會形成氮氣和氫氣的殘餘混合氣體,並重新用作氨分解反應器的加熱元件。儘管如此,殘餘氣體本身並不能提供足夠的反應熱,因此必須添加額外的熱量。
用創新解決方案克服挑戰
在現有技術中,由於使用天然氣(LNG)或液化石油氣(LPG)等化石燃料補充反應熱不足,因此在燃燒過程中會排放二氧化碳。但是,利用這次開發的系統,透過提供氨而不是化石燃料,可以提供反應熱,從源頭阻止二氧化碳的排放。
利用所開發的系統,每小時可生產5Nm3 (約0.45 公斤)純度超過99.97% 的高純度氫氣,這種氫氣可提供給氫能電動車的燃料電池。此外,所產生的氫氣的氮雜質濃度小於300ppm,氨雜質濃度小於0.1ppm。它符合氫燃料電動車的國際標準ISO 14687。
![Ammonia-Based-Hydrogen-Production-System-With-1-kW-Class-PEMFC.jpg](https://i0.wp.com/static.cnbetacdn.com/article/2024/0322/91297a6e29b8900.jpg?w=640&ssl=1)
採用1000瓦級PEMFC 的氨基製氫系統。資料來源:韓國能源研究院
研究團隊利用從氨中提取的氫氣,展示了用於建築物的1 千瓦燃料電池系統,該系統在發電的同時不會排放二氧化碳,這是一個重要的里程碑。這項與斗山燃料電池動力事業部(Doosan Fuel Cell Power BU)合作進行的示範具有重要意義,因為它克服了二氧化碳排放問題,而這一直被認為是基於天然氣(LNG)的燃料電池系統的缺點。它顯示了使用清潔氫燃料電池發電的潛力。
根據首席研究員Jung Unho 博士介紹,新開發的技術能夠利用氨進行無碳製氫,填補了這一領域的空白,因此意義重大。該技術預計將在使用清潔氫氣的各個領域得到應用。他接著說:「氨和燃料電池的結合為生態船提供了一種可行的動力選擇。隨著我們規模的擴大,我們還能在清潔氫動力領域產生重大影響」。
同時,本研究得到了韓國南方電力有限公司(KOSPO)的支持。(KOSPO) 的支持下進行的。
編譯自: ScitechDaily