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生产绿色氢能的重大进展:首个热力学可逆化学反应器诞生!

时间:2019-5-28 10:11:03

一项新研究的作者表示,第一个热力学可逆化学反应器能够以纯产品流的形式生产氢,这是化学工业向前迈出的“转型”一步。2019年5月27日发表在著名学术期刊《自然化学》(Nature Chemistry)上的研究对这种新型反应器进行了描述,通过一个固态氧气瓶在反应物流之间传输氧气,从而避免了反应物气体的混合。

当反应气流沿着反应轨迹运动时,这个储层被设计成与反应气流保持接近平衡,从而保留了对其所处环境的“化学记忆”。其结果是,氢以纯产品流的形式生产,无需对最终产品进行昂贵的分离。这项研究由英国纽卡斯尔大学领导,由杜伦大学、爱丁堡大学和法国欧洲同步加速器辐射设施的专家参与,由工程和物理科学研究理事会(EPSRC)资助。

纽卡斯尔大学化学工程教授、主要作者伊恩·梅特卡夫教授说:化学变化通常是通过多种反应物混合在一起并加热混合反应来实现。但是这导致了损失,反应物的不完全转化和最终需要分离的产物的混合物。有了氢记忆反应堆,可以生产出纯净的、分离的产品,你可以称它为完美的反应堆。

宇宙中最丰富的元素(氢)

氢是宇宙中最丰富的元素,通过水分子的分裂,向可再生能源的转变导致了所谓的“绿色氢”增加。氢是一种清洁而有用的能源,可以用作燃料、发电,还可以通过天然气网络储存和运输。所有的过程(无论是化学、机械的还是电子的)在热力学上都是不可逆的,如果没有这些过程,效率就会降低。

点击打开原图

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这意味着,在传统化学反应器中,当氢被生产出来时,它需要与其他产品分离,这是一个既昂贵又往往能源密集型的过程。在描述新系统时,该团队展示了一个化学反应器,该反应器首次能够接近热力学可逆操作。水和一氧化碳反应生成氢气和二氧化碳,该系统还可以防止碳以一氧化碳或二氧化碳的形式进入氢气生产流程,从而避免产品受到污染。

研究小组将储层“翻转”得有点像开关,显示出在系统中实现高转换是可能的,这样,二氧化碳和氢气就可以作为纯产物在反应堆的两端产生。梅特卡夫教授补充说:传统的氢生产需要两个反应器和一个分离装置,而我们的反应器在一个单元内完成所有步骤。当我们用氢演示这个概念时,记忆反应器的概念也可以应用到其他过程中。

研究/来自:纽卡斯尔大学

参考期刊《自然化学》

DOI:10.1038 / s41557-019-0273-2


 
 
         
 
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