“吃粗粮”的催化剂问世

本报记者 晋浩天

氢能，被誉为未来清洁能源的“明星”，正引领全球能源转型的浪潮。然而，一个巨大的瓶颈阻碍着它的广泛应用：我们手上有大量现成“粗氢”，却难以高效、低成本地提纯和储存。复旦大学未来能源高等研究院包信和院士、朱义峰研究员及北京大学马丁教授团队日前在《自然·能源》发表一项重要成果。他们成功研发出一种全新的催化技术，首次实现了工业粗氢的直接分离与存储一体化。

“工业粗氢是一种被杂质困住的宝藏。”包信和表示，全球每年生产氢气超过9500万吨，我国贡献超过3300万吨，是产氢大国。其中超过98%的氢气来自煤炭、天然气等化石能源的重整过程。此外，钢铁、化工等行业也会排放大量含氢废气，每年全球排放量约990万吨。“这些都是宝贵的‘工业粗氢’。但它们都含有大量杂质——主要是一氧化碳和二氧化碳(统称COx)。现有的分离提纯技术复杂、成本高昂，导致这些量大价廉的粗氢资源难以直接用于氢燃料电池汽车等高端领域，造成了巨大的资源浪费。”

成果的核心突破在于设计了一种“聪明”的新型催化剂，让催化剂学会“挑食”。“这种催化剂的精妙之处在于它能精准‘抓取’粗氢中的氢气分子进行反应，却对‘讨厌’的杂质COx‘视而不见’。他们利用这种催化剂，巧妙地将粗氢中的氢气，像‘存钱’一样直接储存到一种特定的液体分子中。”朱义峰解释道。

他表示，当需要纯净氢气时，比如给燃料电池汽车加氢，只需对这个“储氢液体”进行简单催化反应(脱氢)，就能释放出纯度极高、完全不含COx杂质的氢气，满足严格的使用要求。

新技术为何如此强大？

“关键在于实现了三大突破。”朱义峰介绍，首先是“抗毒”能力强，即使在杂质COx浓度超过50%、比氢气还多，且温度高达170℃的恶劣环境下，这种催化剂依然能高效工作，性能媲美使用纯氢!这彻底打破了传统催化剂极易被杂质“毒死”失效的局限。其次，流程革命性简化，告别烦琐的“先提纯、再储存运输”老路。传统方法需要经过水汽变换、脱碳、吸附、Pd膜分离、深冷等多道复杂工序提纯氢气，然后再压缩或液化储存运输，最后还得释放使用，过程冗长、设备多、能耗高、成本巨大。新技术一步到位完成“分离+储存”，大大缩短了流程，显著降低了能耗和设备投资。

“更重要的是产出价值高，这一技术能最终得到直接用于燃料电池的高纯氢气，而得到的COx富集尾气也具有一定经济与应用价值。”

“我们研发的‘吃粗粮’的催化剂，让工业粗氢中的氢气精准‘存’进液体，使用时再释放高纯氢，一步解决分离和储存两大世界性难题，盘活巨量粗氢资源。”马丁强调。