为催化剂上“稳定器”！江莉龙带领团队解锁“氨-氢”转换，助力“双碳”目标

为催化剂上“稳定器”！江莉龙带领团队解锁“氨-氢”转换，助力“双碳”目标

海都全媒体记者 陈江燕

毛朝青、陈思佳/文、图

发展氢能产业是落实“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，如何突破上述困难？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，而且更易于储存和运输而且同样体积的液氨比液氢至少多50%以上，经济优势突出。

福州大学石油化工学院院长、国家化肥催化剂工程技术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。在合成氨研究的基础上，他在催化领域开展技术攻关，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，国内首个3千瓦“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。每千瓦时成本小时的耗电量明显低于柴油发电机，且无噪音，已成功发电，运行稳定，这是蒋利龙团队“氨—氢”能源转化催化技术的成果之一。

近日，记者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一台“氨-氢”燃料电池发电站的样机。该装置比实际使用的装置要小一些，高度也差不多作为一名成年女性。

“我们用液氨将氢气储存在设备一侧的瓶中，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， “最终都转化成电能。”蒋利龙介绍，该设备一次可以发电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；氢气在燃料电池中发生化学反应，生成水，然后排出通过装置下方的管道，以液体或水蒸气的形式排出。“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，前段时间建成的全国首座“氨现场制氢加氢一体化站”示范站设立在福州长乐雪人有限公司，通俗地说就是将氨输送到一体化站，现场制氢加氢，一辆氢燃料电池公交车10分钟就能加满氢。加满氢气后，可行驶近400公里。

催化剂加“稳定剂”攻克技术瓶颈

每一项科技成果的成功，都凝聚着蒋利龙及其团队20年来的不懈努力，他们解决了“氨-氢”能源转化催化剂的稳定性问题，使该催化剂能够转化为规模化生产。

“当时我们做这个催化剂，可谓是‘屡败屡战’。”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，随后魏克美院士等老一辈院士带领团队，研究转化制氢、合成氨等新型高效催化剂技术。2008年，该研究团队成功将第一批新一代钌基催化剂运往合成氨厂在南平进行工业性试验。

“然而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也是不可接受的，我们都“心里很受挫。”蒋利龙说，但工厂、企业却没有一句怨言，只是支持我们继续研究。

于是，蒋利龙及其团队再一次凝聚力量，准备“拆解”催化剂的反应过程来攻克它，一步步“解压”困难。“我们的催化剂就像一个海绵载体，可以吸收“活性组分就像吸收水分一样，进而达到催化效果。”蒋利龙说，要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，其次要延长吸附成分在海绵内的滞留时间，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开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应用，目前运行稳定该项目将持续三年多，生产一吨氨气可减少二氧化碳排放约580公斤。他们还开发出一种常压低温氨分解催化剂，可将氨分解产氢的温度从850℃降低到低于500℃，实现氨分解率99.5%，突破了“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。