团队成员在做试验。■本报练习生 李蓉 记者 张双虎因为焚烧后仅天生水，氢气曾被视为实现碳中跟目的的幻想动力。但是，现在寰球约96%的氢气出产仍依附化石燃料。每出产1吨这种所谓的“灰氢”，就随同着10余吨二氧化碳的排放。氢气作为“干净动力”承载的碳中跟目的在制备进程中难以实现，更难实现工业化利用。“要实现干净制氢，必需从泉源增加碳排放。”北京年夜学化学与分子工程学院教学马丁曾经在金属-碳化钼催化剂系统深耕10余年。克日，他与配合者两天内先后在《迷信》《天然》宣布两项冲破性结果，向绿色出产氢气迈出了要害一步。较传统制氢增加38.6%碳排放氢气是一种二次动力，不克不及直接开采，须要从水、化石燃料等含氢物资平分解跟制备。现在，传统制氢工艺依然以化石燃料为质料，在300℃至1200℃的低温前提下停止，岂但能耗宏大，并且随同着大批二氧化碳排放。以利用最为普遍的蒸汽甲烷重整（SMR）技巧为例，低温前提下，自然气中的甲烷能够与水蒸气在催化剂感化下反映，从而天生氢气跟二氧化碳。据统计，用这一化学反映制取1千克氢气的碳排量超越12千克。若不克不及从泉源处理氢气出产中的碳排放成绩，氢能承载的低碳愿景将难以实现。马丁与中国迷信院年夜学教学周武课题组、北京年夜学化学与分子工程学院研讨员周继寒课题组以及英国卡迪夫年夜学教学Graham J.Hutchings结合开辟的“抉择性局部重整”技巧，为破解上述困难带来了盼望。研讨职员以农林放弃物转化而来的生物乙醇为出发点，将乙醇-水重整反映从传统的完整重整门路改变为抉择性局部重整门路。该门路将反映温度降至270℃，更为要害的是，反映中的碳原子不再天生二氧化碳，而是转化为乙酸。该氢气出产新门路不只在不排放二氧化碳的条件下高效出产氢气，还能够联产高值化学品乙酸。在这一反映门路中，每吨乙醇约可联产1.3吨乙酸。作为基本化工质料，乙酸的寰球年需要量超越1500万吨，市场远景辽阔。与传统方式比拟，这项绿色制氢-联产化学品技巧构建了“制氢—储碳—产酸”的闭环体系，能够增加38.6%的碳排放量，为可连续的氢能经济开展供给了全新处理计划。相干研讨结果宣布于《迷信》。催化剂稳固运转超1000小时在制氢范畴，催化剂的“高活性”与“高稳固性”均衡始终是个困难。催化剂活性跟抉择性是权衡其机能的中心要素，但在现实产业利用中，稳固性才是影响出产连续性跟经济性的要害指标，直接关联催化剂是否真正实现年夜范围利用。在甲醇-水重整（MSR）产氢催化系统中，高活性催化剂能够晋升催化反映效力，但在反映进程中轻易减速生效。相干研讨报道，传统催化剂的均匀寿命缺乏200小时。因而，兼具活性与稳固性的催化剂对氢能的出产跟利用尤为主要。在一次偶尔的机遇中，马丁发明，贵金属铂与碳化钼、氮化钼等活性载体构建的界面催化系统能够在较高温度下制氢。假如想顺遂利用该发明，要统筹催化剂的活性与高稳固性。为此，马丁提出一种二者统筹的催化剂稳固战略：在催化剂名义修建惰性稀土氧化物的纳米笼罩层，构成纳米标准的“维护盾”，以维护界面催化构造，并在不影响界面构造超高催化活性的条件下晋升催化剂稳固性。依据试验成果，该新型催化剂在MSR制氢反映中展示出超越1000小时的稳固性。同时，该催化剂还实现了超越1500万的催化转化数，坚持了超高活性，发明了甲醇-水制氢催化反映记录。马丁告知《中国迷信报》，该研讨还找到了界面催化剂稳固性的“通用暗码”。他发明，上述战略在钇、镨等稀土元素以及钙、锶等便宜金属中，均可能实现相似后果。这一高活性产氢催化剂稳固战略另有机遇利用在更多高机能催化剂计划中。相干研讨结果宣布于《天然》。氢气出产的“可连续引擎”现在，氢能技巧尚处于开展时代，其年夜范围工业化利用尚未实现，起因在于传统氢能出产临时面对低碳、低本钱、高稳固性难以统筹的困局。马丁团队始终努力于寻觅氢气工业化的可能性。2014年，他启动相干研讨，破解绿色制氢困难。10余年来，马丁团队及配合者在金属碳化物催化剂用于氢气出产方面深刻研讨，一步步打磨试验室的发明， 为其工业化带来盼望。该团队经由过程催化剂计划跟反映门路优化，从泉源下降了制氢进程的碳排放；同时，经由过程在催化剂名义修建惰性纳米笼罩层，进一步冲破了催化系统的稳固性瓶颈，构成了高效、稳固的制氢技巧。“现在，化工行业面对的要害挑衅是经由过程可连续的方式，出产咱们一样平常生涯中真正须要的产物。”马丁说，“在这项研讨中，咱们经由过程绿色制氢技巧，下降了能耗，破解了氢气储运困难，为化工、医药等更多工业的低碳转型带来了可能性。”马丁表现，现在这些结果仍处于基本研讨阶段，重要阐释了产氢进程的底层迷信，为工业开展跟利用供给了“东西箱”跟“常识库”。他盼望研讨结果可能从试验室“走出去”。为此，马丁正在停止相干实验。“咱们开辟了试验室范围的阵列产氢安装，并已构成专利，供给了试验室范围的催化剂缩小测试平台，让咱们更切近氢气利用的事实场景。”马丁指出，“真正实现绿色制氢另有很长的路要走。要实现工业化，还需产学研深刻配合跟相干政策支撑。经由过程政策领导推进全工业链协同开展，才干实现氢能的范围化、低碳化利用。”相干论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adt0682https://doi.org/10.1038/s41586-024-08483-w
