制氫成本太高？鐵礦石做催化劑或許能救氫能源車

儘管進展相對電動車來說更為緩慢，但是燃料電池車的隊伍也依然在慢慢壯大著。除了日本企業之外，寶馬奧迪均有氫燃料電池概念車的推出計劃，作為對燃料電池的前沿研究，通用與本田也有合作計劃。國內氫燃料電池車則在商用車上有所進展，比如宇通在五月份推出了續航600公里的氫能源客車，而上周廣東也宣布開始氫能源客車的示範運營。

與電動車相類，氫燃料電池的推進過程中，在成本之外，氫能源的供給是限制其發展的一個主要因素。這個供給包括幾個方面，包括制氫，氫氣運輸以及加氫站的基礎設施建設等。

在之前論述《日本與氫能源》的系列文章中，車雲菌曾經詳細介紹過目前行業內一些常用的制氫方式。目前，工業制氫方式中應用最多的依然是利用化石燃料或天然氣制氫。能源密集型的製造過程與居高不下的成本，副產物二氧化碳以及對化石燃料的依賴，依然是制約因素。所以，對於制氫方式的研究也一直沒有停下過。

用鐵礦石取代鎳作為催化劑

在現在常規的制氫方式中，將天然氣中的甲烷（CH4）與水進行反應制氫是比較常用的一種形式。在這個過程中會產生大量的二氧化碳，在製取完成後，需要將氫氣壓入水中溶解二氧化碳進行提純，得到純度較高的氫氣。二氧化碳的排放本身也是個問題。

而同樣是在1950年就開始的甲烷裂解的方式，通過在高溫下（750℃以上）熱裂解甲烷，可以得到組成甲烷的兩種元素：氫氣與碳，與前面提到的方式不同，在這種方式下並不會產生二氧化碳。碳是以固態粉末狀出現的，也就是生成了石墨。

澳洲一家成立於2010年的公司，Hazer Group就是基於甲烷裂解的方式來制氫。那麼他們的優勢在哪裡呢？

在常規的甲烷裂解制氫方式中，存在一個問題，需要催化劑——鎳。因為甲烷裂解需要在高溫下進行，催化劑的作用是可以降低裂解反應所需要的能量，也就是可以讓反應發生的溫度降低，另外一個作用則是可以生成更高純度的固態碳。在甲烷裂解之後，其產物中25%是氫氣，而75%則是石墨。石墨的價值與其純度和結晶度相關，而且現在石墨在鋰電池，鋼鐵和碳纖維的製作中都有應用，本身也具有較高的工業價值。

作為稀有金屬，鎳的成本一直很高。而且在製取過程中，生成的石墨粉末會附著在催化劑的表面，當累計的石墨到一定程度後，會影響裂解反應的活性，或者導致反應中止。而要重複利用催化劑，則需要對錶面附著的石墨粉末進行處理，比如通過燃燒的方式將其去除等。

無論是對吸附石墨的處理過程，還是石墨本身的利用率不高，都是造成此前制氫成本高的原因。

Hazer的方式是將鎳更換成了鐵礦石，相較而言，鐵礦石的成本就要低很多了。在接受英國衛報採訪時，Hazer的主管Geoff Pocock表示，Hazer採用的方式，是讓天然氣經過加熱的鐵礦石來進行裂解。在這個過程中，生成的一部分氫氣會用於系統的能源供給用來加熱鐵礦石，剩餘的氫氣作為產出。同時生成的石墨粉末可以作為副產品出售，來增加經濟可行性。Hazer的目標是讓氫氣的製取成本能夠降低到0.5-0.75美元/公斤。

儘管在鐵礦石的開採過程中也會產生二氧化碳的排放，不過Pocock表示，對與Hazer來說這並不是個問題，因為他們使用非常鐵礦石的量並不多。每使用1噸的鐵礦石來進行催化，Hazer能夠製造10噸的氫氣。

美好的理想能成為現實么？

如果這一套路可以完美實現，當然是很好的，一箭多雕。氫氣與石墨二者兼得，石墨的銷售幫助降低成本，也可以讓減少大量的二氧化碳排放。但是依然存在一些問題。

現在並非只有Hazer在對甲烷裂解反應進行研究。先進可持續性研究院（IASS）德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員在去年11月宣布利用甲烷裂解制氫，不過期初步成本在1.9-3.3歐元/公斤，這個成本並沒有考慮副產品石墨的價值。當然也提到，因為技術目前並不完全成熟，因而對於成本的估算不夠準確。

IASS與KIT的團隊是設計了一個新的實驗反應器，基於液態金屬技術，注入甲烷氣泡，在觸碰到液態金屬表面時，就會裂解成氫氣與石墨粉末。研究團隊依然在對反應器進行研究，包括如何去除附著的石墨等，如何保證反應器連續高效運作。

工藝製備技術的完善同樣是Hazer面臨的問題。在目前Hazer的對外技術文件，以及在衛報的採訪報道中，均未詳細透露其製備過程，因而對於這個製備過程是否存在一些技術難點，也無從了解。衛報還找到了澳洲聯邦科學與工業研究組織CSIRO的一名化學工程師Ken Chiang博士了解鐵礦石作為催化劑的使用情況。Chiang博士對於Hazer的製取過程並沒有進行評論，不過提到很多研究組織正在研究將鐵礦石作為新的催化劑選擇。相較於稀有金屬而言，鐵礦石低廉的成本是吸引他們進行研究的重要因素。如果被驗證可行，那麼很多化學反應的成本將大幅降低。

Hazer目前正在與與悉尼大學的可持續性技術實驗室在進行共同研發。但是，目前，Hazer的這項技術還沒有開始正式投產。根據Pocock的介紹，到2017年底，Hazer的試點工廠將會達到每天10-100公斤的制氫量，也就是最大的產量是30噸/年。但是如果要達到工業的一定規模，年產量則至少要超過1萬噸才行。而如何完成從理論到實際量產的驗證，將是Hazer面臨的最大考驗。

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