CSIRO膜新进展

据外国媒体报道：澳大利亚联邦科学和工业研究组织（CSIRO）团队将钒合金膜倾斜以转化氢分离过程，将氨作为携带氢的手段，目前已经取得了重大突破，得到了业界的重视。

氢气的运输一直是难以解决的难题，虽然气态氢气可以通过管道输送，但是氢的特性使得运输用的钢管很容易受损，需要较厚的管壁确保其不会逸出。美国能源部在一次关于燃料的通报中指出，新管道建设的初始资本成本高是扩大氢管输送基础设施的主要障碍。

正是由于这个原因，InnovOil注意到CSIRO领导的新项目。2017年5月，在CSIRO宣布的新项目中，将致力于开发和展示一个氢气生产系统，每天可以直接从氨提供至少5公斤的高纯度氢。

氨（NH₃）具有高的储存氢原子的能力，其重量的17.6%为氢元素，而其体积密度比液体H₂大45％。氨的稳定性以及可以以与丙烷或其它燃料大致相同的方式储存在压力罐中的特性，使得它经常被提出作为载体。更为重要的是，氨气分解之后会变成氢气和氮气，氮气是一种无毒且不产生温室效应的气体。

然而，合成和分解氨所需的大量能量使得这一方案直到目前为止都没有得到实施。变压吸附（PSA）技术出现的时候，人们才看到了这一技术的希望。

变压吸附技术是氢气净化的基准，其生产的高纯度氢气足够用于质子交换膜（PEM）燃料电池，然而PSA系统体积庞大，具有大量的移动部件，并且需要大量组件以实现连续生产。

CSIRO项目的关键在于基于Michael Dolan博士设计的专有膜分离器技术，薄金属膜允许氢气通过，同时阻挡所有其他气体，以此分解氨原料，实现氨氢转化。与PSA系统不同，它允许较小的设备（无移动部件）在连续操作中工作。

膜由钒基合金制成，其设计理念是尽可能多地使用廉价的材料和批量生产技术（如金属管挤出和电镀）。膜基材本身是可渗透的廉价钒合金的致密管，其被拉伸至约0.2mm的壁厚度和10mm的直径，然后将催化层沉积在内表面和外表面上。

膜在300-400°C的温度下分离气态分子，其过程为：首先蒸发氨，然后通过催化剂，将其分解成氮气和氢气，通过膜将气体加压以从混合物中提取高纯度氢气。其中，由于氨气分解为吸热反应，整个过程中需要不断地向系统提供能量，另外，供给氨气也需要使用一个空压机，尽管系统可以在常压下运行。

与大多数气体分离过程一样，有价值产品（氢气）的回收率从不是100％。通常运作回收率约为85％，但这取决于停留时间和预期的产出。为了提高效率，系统将主要含有未回收的氢气和未反应的氨气和氮气（废气）用于燃烧以产生氨分解所需的热量，或者可以将其进料到第二装置，如高温燃料电池，内部内燃机或涡轮机发电。

PEM燃料电池需要含有不超过100ppbv氨的氢气，膜中非常小的缺陷将意味着超过这一极限，燃料将不适合用于PEM燃料电池。这种钒膜的厚度消除了缺陷的可能性，这意味着CSIRO系统可以满足所需的PEM纯度标准。在制造过程中或随着时间的推移，更薄的膜更容易发生缺陷，这些缺陷的可能性可以通过制造较厚的膜来减轻。

CSIRO的目标是使膜技术弥补氢气生产，分配和交付之间的差距。分离器系统将以模块化，可扩展的单元的形式部署，可以在加氢站，生产现场或其附近使用。

项目获得了澳大利亚科技工业基金会（SIEF）170万澳元（约合130万美元）的资助，并获得了像BOC、现代，丰田和Renewable Hydrogen等公司的高调支持。一旦这个项目完成，Dolan和团队就会关注更广泛的商业化。之后将在韩国和欧洲进行大规模试验，每天制氢大约100公斤。