分析甲醇制氫與其他能源形式,如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的耦合方式,以及如何通過(guò)能源系統(tǒng)的優(yōu)化配置,實(shí)現(xiàn)能源的利用和可持續(xù)供應(yīng)。例如,研究甲醇制氫與太陽(yáng)能光伏發(fā)電的結(jié)合。
甲醇制氫主要通過(guò)甲醇水蒸氣重整、甲醇部分氧化以及甲醇裂解等化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn),這些反應(yīng)在特定的條件下進(jìn)行,各有其特的反應(yīng)機(jī)理和特點(diǎn)。甲醇水蒸氣重整制氫是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法,其反應(yīng)方程式為:(CH_{3}OH + H_{2}O rightleftharpoons 3H_{2} + CO_{2}),(Delta H^{0}= + 131kJ/mol) ,這是一個(gè)吸熱反應(yīng) ,需要外界提供熱量來(lái)推動(dòng)反應(yīng)的進(jìn)行。
在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中,甲醇與水蒸氣的混合氣體在一定的溫度(通常為 200 - 300℃)壓力(1 - 5MPa)條件下,通過(guò)裝填有催化劑的反應(yīng)器。常見(jiàn)的催化劑有銅基催化劑,其活性中心能夠吸附甲醇和水蒸氣分子,使它們?cè)诖呋瘎┍砻姘l(fā)生活化。甲醇分子在催化劑表面發(fā)生裂解,生成一氧化碳和氫氣(rightleftharpoons CO + 2H_{2})。
傳統(tǒng)的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫需要將氫氣壓縮至的壓力(通常為 35MPa 或 70MPa),這不僅需要昂貴的壓縮設(shè)備和高壓儲(chǔ)存容器,而且存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn) 。液氫儲(chǔ)存雖然能量密度高,但需要將氫氣冷卻至 - 253℃的低溫,能耗,儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本高昂,且對(duì)儲(chǔ)存設(shè)備的絕熱性能要求。
相比之下,甲醇在常溫常壓下為液體,其密度約為 0.79g/cm3 ,便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。它可以利用現(xiàn)有的液體燃料儲(chǔ)存和運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施,如油罐車、管道等,大大降低了儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本。
目前,我國(guó)甲醇產(chǎn)能世界前列,煤炭、天然氣等化石能源均可作為甲醇的生產(chǎn)原料,使得甲醇的供應(yīng)充足且成本可控。而傳統(tǒng)的水電解制氫,由于其耗電量,電價(jià)在制氫成本中占比高達(dá) 70% - 80%,導(dǎo)致制氫成本居高不下 。