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氫是能源轉(zhuǎn)型的希望燈塔，因?yàn)樗鼘⒁钥沙掷m(xù)的方式塑造機(jī)動(dòng)性和工業(yè)過程。但目前，由于氫氣運(yùn)輸是一個(gè)復(fù)雜的過程，可用性仍然有限。

將氫轉(zhuǎn)化為甲醇可以在這里提供一個(gè)解決方案，因?yàn)榧状疾粌H比氫更容易運(yùn)輸，而且它還可以在環(huán)境壓力下無(wú)限存儲(chǔ)。例如，這為在陽(yáng)光充足的地區(qū)生產(chǎn)綠色氫、將氫轉(zhuǎn)化為甲醇和簡(jiǎn)化氫的運(yùn)輸?shù)於嘶A(chǔ)。

生產(chǎn)甲醇所需的二氧化碳可以從大氣中提取，也可以從水泥生產(chǎn)等工業(yè)過程中獲得。更重要的是，甲醇有非常高的能量密度——每升大約產(chǎn)生4.8KWh的能量——這個(gè)數(shù)字比壓縮氫要高得多。

此外，國(guó)際能源署(International Energy Agency)預(yù)測(cè)，甲醇的成本約為每千瓦時(shí)6美分，具有很高的吸引力。

為了利用儲(chǔ)存在甲醇中的能量，一個(gè)甲醇重整器被用來將其轉(zhuǎn)化為氫和二氧化碳——在需要使用氫的地方，比如汽車。

因此，總體碳足跡是中性的。然而，傳統(tǒng)的重整器仍有一些缺點(diǎn)。以反應(yīng)所需要的催化劑為例。它們由銅-氧化鋅粉末組成，以擠壓顆粒的形式添加到反應(yīng)器中。

然而，移動(dòng)應(yīng)用中不可避免的震動(dòng)會(huì)導(dǎo)致催化劑磨損，從而污染燃料電池。催化劑材料沒有得到充分利用，反應(yīng)溫度較低，反應(yīng)速度較慢。

熱管理也是一個(gè)挑戰(zhàn)：反應(yīng)堆需要熱量供應(yīng)來驅(qū)動(dòng)蒸汽重整反應(yīng)——但這是大量效率損失的地方。來自燃料電池尾氣的熱量也不能有效利用。

在眾多的公共資助和工業(yè)項(xiàng)目中，弗勞恩霍夫IMM的研究人員正在開發(fā)能夠克服這些挑戰(zhàn)的甲醇改進(jìn)劑。例如，他們正在為移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)的重整器提供了各種優(yōu)勢(shì)。

其中一個(gè)是低得多的空間需求——它相當(dāng)于具有同等性能的傳統(tǒng)重整器所需空間的六分之一，約17%——這對(duì)移動(dòng)應(yīng)用來說是極其重要的。研究人員還對(duì)催化劑技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

弗勞恩霍夫IMM的5kW甲醇重整器全自動(dòng)原型

弗勞恩霍夫IMM研究所副所長(zhǎng)兼部門主任Gunther Kolb博士說：

“我們正在選擇含有貴金屬的催化劑涂層，類似于那些用于汽車尾氣的催化轉(zhuǎn)換器，因?yàn)檫@些涂層沒有磨損。”

“因此，需要的催化劑材料更少。由于我們的催化劑材料具有更高的活性，因此所需的催化劑數(shù)量進(jìn)一步減少，從而降低了成本。雖然傳統(tǒng)的催化劑在負(fù)載下會(huì)產(chǎn)生越來越多的副產(chǎn)品，如一氧化碳，但弗勞恩霍夫IMM的催化劑卻不是這樣。”

研究團(tuán)隊(duì)還優(yōu)化了熱管理，這樣做也優(yōu)化了重整器的能源效率。該團(tuán)隊(duì)將催化劑材料涂在板式熱交換器上，并將它們組合成多達(dá)200層板的堆疊。

當(dāng)氣體流過平板時(shí)，它與催化劑接觸，并在小通道中被高效地加熱。

Kolb解釋說：“通過利用余熱，我們實(shí)現(xiàn)了出色的熱集成和較高的系統(tǒng)效率。”該重整器的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)是研究人員關(guān)注的重點(diǎn)：可以采用與高壓汽車熱交換器相同的方法生產(chǎn)。

目前，研究人員正在研究一個(gè)35KW的原型機(jī)，預(yù)計(jì)將在2022年中期完成。“這是一個(gè)長(zhǎng)期項(xiàng)目；各種各樣的原型正被集成到陸地車輛中，以便我們可以測(cè)試它們。”Kolb說。

例如，對(duì)于海事應(yīng)用，研究人員正在開發(fā)一種能夠提供100KW電力的重整器。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，甚至可以想象，目前由鋼制的重整器將由鈦等輕質(zhì)材料制成——這將是至關(guān)重要的。 

原標(biāo)題：弗勞恩霍夫：優(yōu)化的重整器更容易從甲醇中獲得氫