在我们致力于以更可持续的方式为我们的生活方式提供动力时，我们寻求弥合我们依赖的二氧化碳排放化石燃料与最基本需求之间的差距，以及更清洁但尚未经济可行的替代技术。
为此目的，一组在加州大学圣芭芭拉分校已经探索通过目前廉价而丰富的甲烷(CH4)可减少到清洁燃烧的氢气(H2)，同时还防止二氧化碳(CO的形成方法2)，温室气体。它的报告“用于将甲烷直接转化为氢气和可分离碳的催化熔融金属”出现在“ 科学 ”杂志上。
“在美国，甲烷将成为我们经济的核心，持续四五十年，找出更可持续地使用甲烷的方法是我们的动力，”UCSB化学工程教授Eric McFarland说。“对于我们长期以来一直在关注的事情，这篇论文是一个有趣的角度。”
作为天然气和人造工艺的产物，甲烷 - 天然气的主要成分 - 是用于烹饪，加热和为家庭供电的重要燃料来源，用于制造和运输。作为比二氧化碳更有效的温室气体的废物产品，它是捕获和减少这种排放的许多努力的目标。
蒸汽甲烷重整(SMR)已经商业化数十年，并且是生产商业氢的最常用方法。然而，研究人员指出，SMR消耗大量能量并且必然产生二氧化碳，二氧化碳通常释放到大气中。当引入该过程时，CO 2不被认为是一个问题。但随着我们变得更加温室气体意识，它已成为全球关注的问题。运行SMR工艺的成本以及碳税和碳封存的潜在额外成本使得SMR的氢气生产面临显着成本增加的风险 - 特别是在可能提供燃料电池汽车所需氢气的小规模运营中。
UCSB团队在理论化学家和教授Horia Metiu和McFarland之间就天然气转化的催化方法进行了长期合作。他们与化学工程教授Michael Gordon一起开始研究熔融金属和熔盐作为有趣和未开发的催化体系的用途。Metiu的理论工作表明，熔融合金中不同的金属组合可能提供增加的催化活性，将甲烷转化为氢和固体碳。研究人员已经开发出一种单步方法，通过该方法可以将甲烷转化为氢气，这种方法不仅比传统的SMR方法更简单，而且可能更便宜，并且可以生成固体形式的碳，可以无限期地运输和储存。
“你将一股甲烷气体引入装有这种催化活性熔融金属的反应器底部，”McFarland解释道。“随着泡沫的上升，甲烷分子撞击泡沫壁，它们会反应形成碳和氢。”
最后，他继续说，当甲烷气泡到达地表时，它已经分解成氢气，氢气在反应器顶部释放; 然后可以撇去浮在液态金属顶部的碳固体。与依赖于在固体表面上发生的反应的常规方法相比，熔融金属合金表面不会因碳的积累而失活，并且可以无限地重复使用。活性液态金属的组合及其对氢的溶解性允许熔体吸收比气泡中可能存在的氢和碳相对更多的氢和碳。这使得该方法在非常高压的甲烷下有效产生高压氢气。
“你真的允许自己将所有产品从反应物中拉出来，这导致平衡向产品转移。原则上该过程可以在高压下运行，并且仍然可以获得非常高的甲烷转化率，”McFarland说。
根据McFarland的说法，鉴于现有的煤炭和天然气等碳氢化合物处理基础设施，当前甲烷的丰富程度以及立法和行业努力加强对逃逸排放的捕获，已经存在部署此类技术的生态系统。他补充说，这项研究已经引起了荷兰皇家壳牌公司的关注和支持。由这种零二氧化碳工艺产生的氢产生的电力将比目前的太阳能电价便宜，而太阳能虽然最终更具可持续性，但与目前的化石燃料相比并不具有成本竞争力。
“如果整个世界都很富裕，那么风能和太阳能的成本就会低得多，无法广泛部署，但对于我们今天拥有的世界而言，它并不便宜，”麦克法兰说。他表示，从排放的角度来看，在中国这样的地方部署低成本，低排放技术尤为重要，因为中国是目前世界上最大的温室气体排放国。拥有巨大且不断增长的碳氢化合物消耗的印度和非洲也将从这种技术中受益; 它们还不够丰富，还没有太阳能电池板的奢侈品。
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