甲酸创造的氢气新市场

甲酸创造的氢气新市场

2020/03/31

甲酸创造的氢气新市场 加氢站也可以通过供应高压氢气来节省能源

甲酸但是新型氢载体吸引了人们的注意在 AIST，只需将甲酸加热到与热水大致相同的温度可以提取氢气和二氧化碳，举世无双高性能催化剂的开发进一步可以在高压下产生氢气和二氧化碳因为高压工艺可以轻松分离两种气体也完成了。预计将应用于未来的加氢站。

使用甲酸作为氢载体，安全、轻松地使用氢气

　在热水中加热稀甲酸水溶液，并添加极少量的催化剂（少于挖耳勺的量）。不久之后，气泡开始从烧瓶中冒出，并逐渐增大。

　这些气泡是氢气。从甲酸中提取氢气就是这么简单。这种催化剂活性极高，会持续产生氢气，直到甲酸用完，如果停止加热，氢气的产生就会自然停止。甲酸不易燃，用少量水稀释后无毒，可以说是一种高度安全、方便的氢载体。”（注：78如果低于90%，则不适用《消防法》；如果低于90%，则不适用《有毒有害物质管理法》）

能源创造研究部的姬田雄一郎是这么说的。姬田是二氧化碳 (CO₂) 和氢 (H₂)合成甲酸的催化剂，目前正与化学工艺研究部的Hajime Kawanami合作，将甲酸转化为高压氢气和CO₂、氢气和CO₂他们认为，甲酸是一种有前途的“氢载体”新候选者，可将可再生能源产生的剩余电力储存为氢。

目前，氨和有机氢化物被视为有前途的氢载体，但它们的目的是在工厂中大规模使用，并且需要大型设备来提取氢。然而，甲酸不需要特殊设备来提取氢气，并且很可能成为更广泛使用的氢载体。

　从20世纪60年代起人们就知道可以从甲酸中提取氢气，但当时的催化剂性能还不是很好，因此需要将温度提高到200℃以上才能提取氢气。此外，副反应生成一氧化碳，导致燃料电池性能下降，且后续的分离纯化耗时且成本高，研究尚未取得太大进展。

　然而，2008年，欧洲报道了一种在较低温度下运行且不产生副产品一氧化碳的高选择性催化剂，甲酸再次引起了全世界的关注。姬田也用自己手头的催化剂进行了尝试，并得到了良好的反应。

　让我们创造一种可以轻松提取氢气的催化剂！''

　在甲酸开发竞争的加剧中，姬田也开始了研发工作。为了轻松产生氢气并抑制一氧化碳的副产物，有必要创造一种在低温下反应的高性能催化剂。同时，在接下来的一年，即 2009 年，氢气和 CO₂已完成。

“高压”是第二个关键字

　姬田的催化剂还有一个特点。高压氢气可以从甲酸中提取。只需用60摄氏度左右的热水加热，压力就达到100兆帕。

　目前运营的加氢站需要大型机械压缩机将氢气压缩至82兆帕的充装压力，并且需要大量的电力来运行。另一方面，他们开发的技术可以通过简单地在密封容器中加热甲酸来提供高压氢气，从而无需机械压缩机，这将使加氢站更加紧凑和节能。

　姬田预感这会是一个不错的技巧。然而，处理高压气体需要严格的法律规定和专业知识，尽管姬田想尝试一下，但他没有经验，无法继续前进。

然而，2011年，他遇到了高压过程专家河波，他的研究突然加速了。 2012年，两人合作并开始研究使用甲酸作为氢载体的工艺。

　“一开始，我们认为高压最多在 30 到 40 MPa 左右，所以我们创造了一个可以处理高达 50 MPa 的设备。然而，当我们进行实验时，它几乎很快就超过了 50 MPa，没有做任何特殊的事情，”川波回忆道。因此，对设备进行了改造，将规格提高到100MPa，并创造了进行高压实验的环境。

　川波将姬田制作的催化剂应用于高压装置进行测试，并提供反馈，例如“是否适合高压”和“催化剂的哪些部分损坏以及如何损坏”，姬田利用该信息重新创建另一种催化剂。川波用设备测试了这种催化剂，然后一遍又一遍地创造出新的催化剂，通过不断地重复这个过程，他积累了大量的知识并开发出了高性能的催化剂。

　目前的催化剂在加压速率和氢气生成速率方面比原始催化剂快 1,000 至 3,000 倍，从而可以充分发挥甲酸的潜力。”（Himeda）

此外，该催化剂不仅耐用，而且具有世界上最高的耐压性能。而且，100MPa规格的设备目前只有AIST才有。该技术同时拥有高压技术和高性能催化剂，目前具有其他技术无法比拟的压倒性优势。

简单的氢气和二氧化碳₂的分离

　这项技术之所以优越还有另一个原因。除氢气外，同时生成CO₂的收集和使用。

　在此过程中，甲酸生成高压氢气和CO₂的混合气体CO2同时保持高压₂可以液化并且氢气可以作为气体分离。虽然简单，但却是利用高压特有的现象将两者物理分离的AIST独创技术。

和液态二氧化碳₂，之前被丢弃的CO₂可用于多种用途，例如用于喷射的加压气体和干冰。

　此外，加氢站可使用的氢气的国际标准是纯度为9997%或更高（ISO14687-2），我们目前正在寻找生产能够承受这一严格标准的高纯度氢气的方法。

　“使用甲酸的燃料电池已经在欧洲和中东实现商业化，但二氧化碳₂被弹出并扔掉。另一方面，在使用甲酸的过程中，我们₂来实现领先一步的技术，” Himeda 说。

　面向未来的氢能社会，我们以创造更简单、更安全的供氢技术为目标，不断提高技术水平，与各领域的企业一起进行研究开发，以实现氢能的社会化。

　这项使用甲酸的新技术是一种可以补充其他能源载体无法实现的方面的技术。我们希望许多公司将这项技术与其他能源技术结合使用。”（姬田）

　不过，川波指出，目前氢气难以运输和储存，因此几乎没有成功使用氢气的企业。然而，如果能够开发出轻松、安全地使用氢气的技术，我们可以期待企业积极参与。

　我们相信，我们需要创建一个利用氢的新市场并使其发展。我们已经进入了船舶可以使用氢作为燃料的时代。我相信，随着氢气市场的扩大，未来会有更多的使用机会。”（川波）

　他们不仅发现了这种新现象，而且姬田和川波还想展示实际可以使用的具体例子，并达到该技术可以在社会中实施的程度。