不排放CO2的制氢系统——计划于2024年启动实机运行

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摘  要：日本户田工业和Air Water公司将合作开发一种可高效制氢且不排放二氧化碳的系统，通过将城市燃气作为甲烷源，同时出售甲烷重整时生产的多层碳纳米管，以降低成本。

关键字：制氢系统、多层碳纳米管、甲烷直接重整法、氢气提纯、催化剂

日本户田工业和Air Water公司开始合作开发一种从天然气主要成分甲烷（CH₄）中高效制氢且不排放二氧化碳（CO₂）的系统。通过将城市燃气作为甲烷源，同时出售甲烷重整时生产的多层碳纳米管（CNT），从而降低氢气供应成本。该系统的实机将于2024年启动运行。目标是到2030年（比日本政府目标提前20年），氢的工厂交付成本为每立方米20日元（约1.12元）。

该开发项目被采纳为新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的征集项目。研发期间为2021年到2022年约2年，项目预算为8000万日元（约449万元）。制氢方法采用使用高活性铁基催化剂的甲烷直接重整法（DMR法）。

目前的工业副产氢气提纯和天然气的蒸汽重整均会产生二氧化碳。Air Water公司的负责人表示：“研究的主要目的是尽快实现现有氢供应链的清洁化，并尽早实现该系统的社会实装。”

采用户田工业的DMR催化剂调整技术、DMR反应技术和Air Water的气体提纯技术。在制氢中，将DMR专用催化剂和甲烷气体原料连续导入旋转式DMR反应炉中。

反应炉的温度保持在600-750℃。催化剂和甲烷气体在反应炉中发生接触反应生成氢气和CNT，催化剂和CNT被连续排放并回收。得到的氢气纯度为70%以上。目标是利用氢气提纯装置实现氢回收率85%以上、氢纯度99.99%以上。

户田工业设计的催化剂是将以铁为主的主催化剂和以铝等为主的助催化剂物理混合，以得到一定的催化活性。本次开发的系统可同时制造氢和高导电性CNT。户田工业的项目副部长表示：“实现氢浓度达到70%以上并不困难，但是需要在提高CNT性能方面下功夫。”

关于催化剂方面，将讨论在助催化剂表面浸渍负载主催化剂的方法，以及将主催化剂和助催化剂的成分进行湿法合成进而形成固溶体的方法。对于生产的CNT，需要与竞争产品形成区分，开发高附加值的应用，以及开拓销售渠道。

另一方面，Air Water将确立一种高效提高氢气纯度到99.99%以上的工艺。该公司的制氢装置除采用吸附分离技术外，还采用膜分离技术，以最优化运行条件。

开发主要在户田工业的大竹事业所（广岛县大竹市）进行，设计并引入中试制氢装置，以及使用DMR反应炉进行催化剂设计，研究反应条件和炉体结构。此外，整合全系统并进行100小时以上的连续实证试验。

2024年实机运行的细节尚未确定，但预计将投资10亿-20亿日元（约0.56亿-1.12亿元）。当以每小时140立方米的速度向反应炉中加入甲烷时，预计会产生相同数量的氢气，同时每天可以生产1吨CNT。计划到2025-2026年左右，将在反应炉中使用可再生能源等，从而实现不排放CO₂的制氢。

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翻译：李释云

审校：李   涵

贾陆叶

统稿：李淑珊

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