福州大学团队攻克氨-氢能源转换关键难题，为双碳目标提供新方案

福州大学团队攻克氨-氢能源转换关键难题，为双碳目标提供新方案

海都全媒体记者 陈江燕

毛朝清、陈思佳 文/图

发展氢能产业是实施“双碳”战略的重要手段，但氢能产业发展面临储运成本高、固有安全性弱等固有困难。如何克服上述困难？科学家们把目光投向了一种高效的储氢介质——氨。氨由一个氮原子和三个氢原子组成，是一种相对廉价的零碳燃料。它不仅比氢气更安全、更易于储存和运输，而且同等体积的液氨比液氢至少多50%的氢气含量，经济性优势凸显。

福州大学石油化工学院院长、国家化肥催化剂工程研究中心主任蒋利龙带领团队在氨的高效合成与利用领域深耕多年，在合成氨催化研究的基础上开展技术攻关，成功“破解”了“氨—氢”能源转化过程中的关键难点，为发展绿色能源、实现“双碳”目标提供了新的解决方案。

“氨-氢”转换实现零碳供电

今年初，国内首座3千瓦级“氨—氢”燃料电池电站在龙岩建成，为当地一个经常离网的基站提供持续不间断的电力供应，每度电成本明显低于柴油发电机，且无噪音，目前已成功发电，运行稳定。这是蒋利龙团队“氨—氢”能源转换催化技术成果之一。

记者近日来到国家化肥催化剂工程研究中心，在氢燃料电池实验室里看到了“氨—氢”燃料电池发电站的样机，该装置比实际使用的体积要小一些，大约与成年女性身高相当。

“我们用液氨将氢气储存在设备一侧的瓶内，然后通过氨分解热催化转化装置，将氨转化成氢气和氮气，经过净化后得到高纯度的氢气，进入燃料电池，最终转化为电能。”蒋利龙介绍，该设备日发电量可达2-3千瓦时，燃料电池的续航能力明显强于锂电池。

氮气是空气的主要成分之一。据介绍，转化后的氮气不参与反应，直接排回空气中；氢气在燃料电池内发生化学反应，生成水，然后以液体或水蒸气的形式通过装置下方的管道排出。“因此，整个过程是一个零碳循环过程，不会产生二氧化碳等污染。”蒋利龙说。

未来，“氨—氢”转化技术将覆盖“海、陆、空”。其中，在地面上，前段时间，全国首座“氨现场制氢加氢一体化站”示范站在福州长乐雪人股份有限公司落成。通俗地说，就是将氨运到一体化站，现场制氢、加氢。一辆氢燃料电池公交车10分钟就能加满氢，加满氢后，可行驶近400公里。

催化剂添加“稳定剂”突破技术瓶颈

每一项科技成果的成功，都凝聚着蒋利龙及其团队20年来的不断努力，他们解决了“氨—氢”能源转化催化剂的稳定性问题，让该催化剂得以走向规模化生产。

“当时，我们研制这种催化剂屡屡受挫。”蒋利龙说。1997年从福州大学毕业后，他进入国家化肥催化剂工程研究中心，跟随魏克美等老一辈院士，研究制氢、合成氨等新型高效催化剂技术。2008年，研究团队成功将新一代钌基催化剂运往工业试验区。

“但实际使用二十多天后，这批催化剂的活性就开始下降，这对于一般以年产1000吨的工厂来说是不可接受的，对于我们团队的科研人员来说更是难以接受，我们都感到很沮丧。”蒋利龙说，但工厂和企业没有丝毫怨言，只是支持我们继续研究。

于是，蒋利龙及其团队再度凝聚力量，准备将催化剂的反应过程“拆解”来攻克，一步步将难关“解压”。 “我们的催化剂就像海绵载体，能像吸水一样吸附活性组分，进而达到催化效果。”蒋利龙说，解决催化剂的稳定性问题，首先要提高海绵载体的“吸水”能力，其次要延长吸附组分在海绵中的滞留时间，追求长期稳定的催化能力。

经过多年研发，蒋利龙带领团队成功研发出新一代钌基氨合成催化剂，并在20万吨低温低压氨合成装置上实现工业化应用，稳定运行三年多，生产一吨氨可减少CO2排放约580公斤。还研发出常压低温氨分解催化剂，可将氨分解产氢温度由850℃降低到500℃以下，氨分解率达到99.5%，攻克了“氨-氢”能源循环关键技术瓶颈，为发展零碳绿色循环经济提供了技术途径。