【成果概述】

化学链制氢是一种新兴绿色制氢技术，以金属基载氧体为中介，借助电子和氧的晶格内迁移，将燃料的氧化还原反应解构为还原、蒸汽氧化、空气氧化三个阶段，在不同阶段分别产出纯H₂和CO₂。团队基于此构建了“生物质废物制取负炭绿氢工艺”、“可燃垃圾/工业固废制取蓝氢工艺”、“钢铁灰渣高值资源利用耦合原位产氢氢冶炼工艺”等工艺系统，为市政和传统工业行业提供经济可行的“脱碳”路径。

【创新要点】

1. 本技术生产过程清洁，不产生NOx、二噁英等污染物；

2. 可原位内分离CO₂直接供给CCUS；

3. 原料广泛，可利用沼气、填埋气、煤层气、低品位天然气、热解气、石油气等直接产出负炭绿氢或蓝氢；

4. 还可进一步利用废塑料、渣油、蜡油、石油焦等，从而嵌入固废利用、炼油和石化、煤化工、钢铁等工艺过程，实现相应产业的低碳重构。

【技术优势】

模拟结果表明，煤直接化学链制氢（ＣＤＣＬ）的产率可以达到 ７８％（ＨＨＶ），比传统的煤气化制氢过程产率高３０％，同时可捕获９０％ 以上的 ＣＯ_２。Ｇｎａｎａｐｒａｇａｓａｍ等通过模拟对比了煤直接化学链制氢 （ＣＤＣＬ）和合成气化学链制氢（ＳＣＬ）技术，结果表明，相比ＳＣＬ，ＣＤＣＬ有更高的 Ｈ２／ＣＯ２ 比，并且在原料（水和空气）消耗量和中间工艺过程数量方面 ＣＤＣＬ更有优势。

【应用前景】

首先，在市政部门（城市生活源生物质废物）开发合作伙伴，共同开发氢能利用的商业化运营项目，并在2025年投产实现销售收入。之后，根据市场情况进一步推进本技术在钢铁、焦化、生物柴油、石化、工业固/危废综合利用等领域的应用。

【效益分析】

各系统根据反应燃料的不同可以分为两类 ：一类是利用煤气化合成气或天然气等气体燃料进行化学链制氢；另一类是利用煤、生物质等固体燃料进行直接化学链制氢。当前，以气体燃料进行化学链制氢已有示范装置出现 ，以煤、生物质等固体燃料进行化学链制氢尚处在过程模拟及实验室测试阶段。从目前化学链技术发展的整体情况看，以煤、生物质等固体为燃料的化学链技术研究开始逐年增多，这将为煤直接化学链制氢技术的研究提供重要帮助。

【技术背景】

在“双碳”背景下，我国氢气需求量预期会持续增长。目前我国氢气年产量约为3,300万吨，预计2030年增至3,715万吨，2060年增至约1.3亿吨，产业链年产值约12万亿元。

然而，传统制氢路线难以实现碳排放和经济性的平衡。目前全球96%以上的氢气来自于传统化石燃料（“灰氢”），虽然成本较低，但碳排放量巨大；利用化石燃料制氢的同时进行CCUS可获得“蓝氢”，但受制于CCUS技术发展，总体成本较高；利用可再生能源制造的“绿氢”规避了碳排放问题，是氢能发展的最终归宿，但目前在技术、模式、成本等方面都需要进一步探索和发展。