金属热化学制氢的突破将重塑氢能产业链

发展氢能是实现碳中和的重要途径已经成为各界共识，但我国目前的氢能发展进展不尽如人意，扩展新思路是必由之路。清华大学核能与新能源技术研究院教授毛宗强在10月12日于济南举办的第二届“能源•化工齐鲁高质量发展大会”提到金属热化学制氢可破解这一难题。

储氢、运氢是目前氢能产业链的痛点。因绿氢需求与产地的地理分布错位，导致了“北氢南运”和“西氢东运”的现象，增加了运输成本和供应难度。同时，也因为氢作为一种无碳能源，具有易燃易爆、体积比能量小、易泄漏等特点，给氢储存和运输带来技术难题，增加了产业链的复杂性和成本。因而，新的储氢技术也就备受关注。

毛宗强谈到从能量角度来看，制氢的方式有很多种，比如煤、石油、天然气能直接制氢，或通过可再生能源转化为热能和电能进而制氢等等。

金属水蒸气热化制氢其历史可追溯到20世纪70年代，它是一种利用金属与水蒸气在高温下发生化学反应制取氢气的技术，常用的金属有铝、锌、镁、铁等。早在 1940 年代，美国就开始研究金属-水反应产生氢气，但其经济性较差，所以金属水蒸气热化制氢一直没有得到有效发展。以铝水蒸气制氢为例，9公斤金属铝仅能生产1公斤氢气，这主要是因为在生产过程中的副产物Al(OH)₃会在Al表面形成膜，阻碍了金属铝水解反应发生。所以怎样去除Al(OH)₃，膜至关重要。

毛宗强团队经过多年研究发现，将25克金属状物和10千克水蒸汽（160摄氏度饱和水蒸气）进行反应，并定时取样，发现25克金属样品能够稳定地产生360.29克氢，相当9克铝制得130克氢气，为常规铝水制氢的近130倍，且试验结果显示氢气纯度大于94.4%，水蒸气为5.55%。

并与中石油渤海石油装备制造有限公司联合进行了中试实验，自主研发了金属裂解水蒸气制绿氢装置、单台设备产氢量350立方米/小时，反应条件为160℃、0.65MPa水蒸气。并在辽河热采机械公司完成制造及调试，实现了绿氢制备、掺氢燃烧以及纯氢燃烧的全程稳定运行，再次验证高温下金属热化学裂解制氢具有可行性。

综合计算，金属水蒸气制氢具有很大的成本优势及安全性优势。毛宗强强调，金属水蒸气热化学制氢的安全性取决于设备的设计、操作条件的控制、安全措施的实施等。金属水蒸气热化学制氢的涉氢工作条件温和，参考现有的工业运行经验，通过精心设计和严格的操作规程，完全可以保障这一过程的安全性。

技术改变格局，毛宗强指出，氢能产业链由目前的先制氢-运氢-用氢改变为先制金属-运金属-就地制氢，金属热化学制氢的突破将使得新的氢能产业链更具竞争力，重塑现有氢的产业链。未来，金属水蒸气热化学制的氢气仍然还有很大的技术升级和降低成本的空间，预计到2030年金属热化学制氢成本降低50%以上。也同样需要论证金属水蒸气热化学制的氢气是绿氢，即绿色冶金和绿色水蒸气的结合。