先进可持续性研究所(IASS)和卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员证明了从天然气中裂解甲烷生成能量而不排放二氧化碳的可行性。

并非是燃烧天然气的主要成分甲烷，“裂解”指将其分离为分子组元，氢气和碳。该反应在750℃以上发生，不释放任何有害气体。

第一种产物氢气，是一种因清洁燃烧和单位质量的高能量密度而出名的燃料，研究人员说。该过程副产物固态碳黑是一种有用的工业商品，被用于钢铁、碳纤维和其他碳结构材料的制备。

固体碳黑是甲烷裂解的副产品

(图片来源：KIT)

甲烷裂解本身并不是一个新的想法：在过去的二十年里，不同研究机构进行过的许多实验已证明了该技术的可行性。但是这些尝试的成功性受到碳堵塞和转化率较低的限制，研究人员说。

为了改进过去的实验，IASS和KIT建立了一个基于液态金属技术的反应器。这个1.2米高的设备由石英和不锈钢构成，使用纯锡和石英片填充层状结构。

细小甲烷气泡被注入到充满熔融锡的圆柱底部。当这些气泡上升到液态金属表面时，裂化反应发生。碳在泡沫表面分离，裂解时在反应器上端沉积成粉末。

在从2012年底到2015年春进行的一系列实验中，研究人员们表示他们可以评价不同的参数和选项，如温度、结构材料和停留时间。

在2015年4月最近的实验中，我们的反应器不间断地运行两周，在1200℃具有78%的氢气转化率，KIT的KALLA实验室主任Thomas Wetzel教授说。“持续运行是用于工业规模反应堆可靠性的一个决定性因素。”

这种反应堆是耐腐蚀的，研究人员说，因为微晶碳粉末可被很容易地分离，所以阻塞是可避免的。

虽然这些是实验室规模的实验，但研究人员可以从中得到一些认识，了解甲烷裂解如何被集成到能量系统，以及对持续性的贡献。为此，IASS和亚琛工业大学合作开展对基于原型规模化的假想商业甲烷裂解装置的生命周期评价(LCA)。

为此，假定制备的一部分氢气用来生成所需的过程热量。类似的制氢技术是蒸汽甲烷转化(SMR)和电解水。对于当量单位氢所排放的二氧化碳，LCA表明甲烷裂解与电解水相近，但比SMR清洁50%以上。

IASS的研究人员还在经济层面分析了甲烷裂解。初步计算表明根据目前德国的天然气价格，制备每公斤氢气的成本在1.9到3.3欧元之间，不考虑碳的市场价值。

“我们的实验结果以及环境和经济评估都认为，甲烷裂解可作为一种清洁的候选方法，当我们投资转换能源系统的方法，”前IASS科技主任Carlo Rubbia教授说。

在下一阶段，IASS和KIT将专注于优化反应器设计的一些方面，包括碳移除过程和扩大化适应更高地的流量。 

新材料在线编译整理——翻译：Grubby    校正：摩天轮