曼彻斯特大学的研究人员牵头开展的一项新研究，首次对化学链重整技术进行了全厂范围的评估。这是一种新兴的制氢技术，能够在生产氢气的同时，通过内置碳捕集机制捕获二氧化碳。
这项研究发表于《碳捕集科学与技术》（Carbon Capture Science & Technology）期刊，由研究团队与工业界合作伙伴共同完成。研究评估了化学链重整技术在实际工业环境中的应用潜力，涵盖为工业锅炉供能的小型分布式设施，以及为炼油厂和工业集群供氢的大型工厂。
与传统制氢方法不同，化学链重整利用固体载氧材料，在一系列反应过程中循环传递氧，从而天然地实现二氧化碳的富集与分离，同时产生热量。随后，这些热量用于驱动甲烷与水蒸气发生反应，生成含氢混合气体，即合成气（syngas）。
氢气在工业脱碳中的作用
氢气预计将在减少难以电气化行业的排放方面发挥关键作用，包括重工业、化工和炼油行业。然而，如何高效、经济地生产低碳氢气，仍是一项重大挑战。
蓝氢是指以天然气为原料制取、并对产生的二氧化碳进行捕集而非直接排放的氢气。蓝氢能够利用现有的能源供应基础设施，在能源转型过程中发挥过渡性作用，同时为实现脱碳目标提供一种环境影响更低的替代方案。
研究人员采用详细的反应器、工艺和全厂级建模方法，对两种具有代表性规模的化学链重整系统进行了评估：一种是适用于分布式工业应用的2MW装置，另一种是满足大型工业用氢需求的600MW设施。
如果持续运行，2MW装置的发电能力可满足约5000户普通家庭的用电需求，而600MW设施则可满足约150万户家庭的用电需求。
曼彻斯特大学化学工程系的研究员、论文第一作者Isabel Pazmino-Mayorga博士表示：“在电气化难以实现或不切实际的行业中，氢气对于实现净零排放至关重要。我们的研究表明，化学链重整有望高效生产低碳氢气，同时捕获生产过程中产生的大部分碳，这些碳既可用于封存，也可作为其他行业的原料。重要的是，我们在现实的运行条件和设备限制下评估了这项技术，有助于明确其在未来能源系统中的适用场景。”
提升能源效率
研究发现，最先进的工艺设计可实现最高75%的热效率，同时捕获90%至99%的二氧化碳排放量。在多个应用场景中，该系统还能够产生多余的蒸汽，并将其对外供应，进一步提升整体环境效益。
研究团队将化学链重整与多种成熟的低碳制氢技术进行了比较，包括配备碳捕集系统的蒸汽甲烷重整（SMR）、配备碳捕集系统的自热重整（ATR），以及基于电解槽的制氢技术。
对于大规模制氢，研究人员发现，化学链重整在关键工艺效率指标上有望优于传统重整技术，同时保持极高的碳捕集率。该系统还表现出较强的规模适应性，既可用于区域工业枢纽，也适用于规模较小的分布式应用场景。
这项研究的一项重要贡献在于关注技术的实际部署。此前的研究往往侧重于理想化的工艺设计，而曼彻斯特大学牵头的研究团队则将多项工程约束纳入分析，包括反应器运行、阀门性能、热集成要求以及安全考量。
论文通讯作者、曼彻斯特大学化学工程学教授Vincenzo Spallina表示：“过去一年里，我们一直与工业界合作推进这项技术的开发，以寻找具有成本效益的解决方案。本次研究结果进一步证实，化学链技术是生产合成气和氢气的一种可行方案，并具有未来部署的潜力。”
研究人员总结指出，最佳制氢方案将取决于当地能源系统、基础设施和政策环境。不过，在向低碳能源系统转型的过程中，化学链重整有望成为一种具有吸引力的选择，尤其适用于具备工业余热集成条件、且低碳电力供应仍然有限的地区。
这项研究是RECYCLE合作项目的一部分。该项目总投资510万英镑，由英国能源安全与净零排放部（Department for Energy Security and Net Zero）资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ccst.2026.100655?utm_source=chatgpt.com
（素材来自：曼彻斯特大学 全球氢能网、新能源网综合）
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