以氨储氢破解应用瓶颈——福州大学“氨—氢”储能与发电技术开发纪实

以氨储氢破解应用瓶颈——福州大学“氨—氢”储能与发电技术开发纪实

近日，福建省科技厅网站公布了2023年度4个科技成果转化典型案例。其中，福州大学“氨-氢”绿色能源技术专利转化应用榜上有名。该技术由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姜利龙研究员团队研发，形成了以氨为储氢介质的“氨-氢”储能发电技术路线。

解决氢气储存和运输问题

目前，以氢气生产、储存、运输、使用为主的氢能产业链，存在储运难、固有安全性弱等痛点。为此，国际社会高度关注一种高效安全的氢能载体——氨。基于此，由魏克美院士创立、蒋利龙领衔的国家化肥催化剂工程研究中心，依托福州大学建设，在国际上率先研发出以氨为储氢介质的“氨-氢”储能发电技术路线。

“合成氨催化技术是我们中心的传统优势，现在我们采用新一代高效合成氨催化剂，通过液氨将氢气储存在气瓶中，再通过氨热催化分解转化为氢气，进而发电。”蒋利龙说，“氨分解后生成氢氮混合气，不需要分离，直接送入燃料电池发电。目前，这项技术正处于商业化应用的初期。”

2022年2月，福州大学紫金氢能研制的国内首座3千瓦“氨-氢”燃料电池电站交付中国铁塔龙岩分公司并实现稳定运行。

“这套设备实现了氢气即制即用和安全高效发电，解决了氢气的储存和运输问题，具有噪音小、电池寿命长等综合优势。”福州大学紫金氢能总经理张庆说。

进入应用示范阶段

“氨-氢”能源是支撑可再生能源规模化利用和氢能产业发展的重要载体，也是能源转型升级的重要途径。

福州大学国家化肥催化剂工程研究中心教授、福州大学紫金氢能副总经理罗宇介绍，福州大学团队经过多年研发，研发出以氨为储氢介质的全套“氨-氢”能源技术，解决了现有“氨-氢”能源转化能耗高、固有安全性弱的问题。

一方面，有高性能低温氨分解制氢催化剂技术。团队设计开发了高活性、高稳定性的新型低温氨分解制氢催化剂，实现常压下480℃氨分解率达99.5%以上，建成年产100吨催化剂生产线，实现3000小时无衰减稳定运行。新型催化剂较现有商业化催化剂可降低操作温度300℃以上，显著提高装置运行的安全性和经济性。

另一方面，还有高效自热式低温氨制氢反应器技术。团队设计了自热式反应器的新型结构，调控氨分解气和自热燃料烟气的温度和压力流量分布，精确匹配氨分解过程中的反应热负荷和供热流量。自热式氨分解反应器的新结构可节省50%以上的催化剂使用量。在此基础上，他们研发了“安全低温氨现场制氢-纯化-加氢”成套装备技术，制氢成本较高压储氢大幅降低。

去年9月，全国首座现场氨制氢加氢一体化示范站在福建长乐建成，标志着氨制氢加氢技术进入应用示范阶段。

商业前景广阔

氨是关系国计民生的基础化工原料，作为储氢介质优势明显，我国传统的合成氨通常以煤为原料，在催化剂作用下，从空气中分离出氢气，氮气在高温高压下合成氨，危险系数高，能耗大，打破这一局面得益于我国肥料催化剂技术的进步。

“‘氨-氢’能源绿色循环路线将可再生能源电力电解制氢技术与低温低压绿色合成氨技术相结合，大规模利用风电、光电等可再生能源电力电解制氢，再高效合成氨，将这些绿色电力储存在氨中，再将氨作为能源输送到全国各地使用。”蒋利龙介绍。

今年1月，福州大学紫金氢能与厦门金龙联合研发出全国首辆“氨-氢”燃料电池客车，使氢能在汽车上实现即产即用，具有加氢时间短、续驶里程长、安全高效、节能环保等优势，为“氨-氢”能源在车用燃料电池领域的商业化推广提供了重要的技术路径。

据了解，一辆氢燃料电池公交车加氢时间不到10分钟，充满氢后可行驶近400公里。预计2025年该技术年产值将突破100亿元，2030年预计每年可减少二氧化碳排放5600万吨。该项目还被列入福建省科技厅重大专项。

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