气体分离和储存方面的突破可以快速转向绿色氢

2016年，专家们在《自然》杂志上撰文列出了我们处理化学品的七项突破，这些突破可以让世界变得更美好。我们相信我们刚刚从列表中剔除其中一个。

在我们发表在《今日材料》上的研究中，我们发现了一种高效且全新的方法来安全地分离、净化、储存和运输大量气体，而不会造成浪费。

为什么这一突破如此重要?我们相信，这将有助于克服氢存储的关键挑战，让我们能够以很少的能源成本安全地存储和运输大量的固体绿色氢。这将使我们能够加速绿色氢的吸收，并使炼油厂使用更少的能源，并使许多其他气体的处理变得更容易。

目前，炼油厂将原油分解成汽油和其他气体依赖于耗能巨大的低温蒸馏过程。这占世界能源使用量的15%。相比之下，我们估计我们的新方法可以将这种能源使用量减少多达90%。

这种方法为世界提供了一种气体的固体储存方法，其容量远高于任何以前的材料。吸收的气体可以通过简单的加热过程回收，使气体和粉末保持不变，允许立即使用或重复使用。

我们发现了什么?

这一突破如此重大——与公认的气体分离和储存智慧背道而驰——以至于我们的研究团队重复了我们的实验20到30次，我们自己才能真正相信它。

那么它是怎样工作的?我们的新方法使用一种称为“球磨”的新方法在室温下将气体储存在一种特殊的纳米材料中。这种方法依赖于机械化学反应，这意味着使用机械来产生不寻常的反应。

该过程中的特殊成分是氮化硼粉末，它非常适合吸收物质，因为它很小但具有很大的吸收表面积。

为了完成这项工作，将氮化硼粉末与需要分离的气体一起放入球磨机(一种在腔室中装有小不锈钢球的研磨机)中。随着腔室以越来越高的速度旋转，球与粉末和腔室壁的碰撞引发特殊的机械化学反应，导致气体被粉末吸收。

更好的是，一种气体总是被更快地吸收，将其与其他气体分离，并使其易于从磨机中去除。您可以在多个阶段重复此过程，以逐个分离出所需的气体。您可以将气体储存在粉末中进行运输，然后将它们分离回气体。更好的是，氮化硼粉末可用于进行相同的气体分离和储存过程多达​​50次。

该过程不需要刺激性化学品，也不会产生副产品。它不需要高压或低温等能源密集型设置，为开发氢动力汽车等产品提供了一种更便宜、更安全的方式。

这种球磨气体吸收过程每秒使用大约77千焦耳来存储和分离1,000升气体。这大约是普通电动汽车行驶320公里所需的能量。它比炼油厂使用的低温蒸馏方法至少少90%的能量。

这就是为什么我们相信这一突破可能会引发可能改变世界的七种化学分离方法改进之一——特别是改进烯烃-石蜡的分离，这是石化行业的关键部分。

这是迪肯大学前沿材料研究所的研究人员在纳米材料和机械化学方面30年工作的结晶。

这将如何帮助我们转向清洁能源?

澳大利亚东海岸面临的天然气危机引起了人们对这些燃料依赖的关注。作为回应，越来越多的人呼吁加快转向更清洁的气体燃料，如绿色氢气。

问题是存储。储存大量氢气以供实际使用是非常具有挑战性的。目前，我们将氢气储存在高压罐中或通过将气体冷却成液体形式。两者都需要大量能源，以及危险的工艺和化学品。

这就是这种方法可以通过大规模实现安全高效的固态存储技术来帮助加速氢吸收的地方。当以粉末形式储存时，氢气非常安全。要取回气体，您只需在真空中加热粉末即可。

这种新工艺可以实现前所未有的储气能力，远高于任何已知的多孔材料。例如，我们的新工艺可以储存18倍于金属有机框架所达到的最高吸收量的乙炔，这是另一种使用多孔材料的方法。

非常高的储气能力是由于在球磨过程中气体分子粘附在粉末上的新颖方式，不会破坏气体分子。

然而，为了使这个过程能够扩展，我们必须完善铣削过程。研磨中有一个最佳点，它会产生我们想要的较弱的化学反应，而不会产生会破坏气体分子的更强反应。我们还必须弄清楚如何根据研磨强度和气体压力为每种材料获得最佳存储速率。

在行业支持下，我们的新工艺可以迅速扩大规模，以提供切实可行的解决方案，以确保我们永远不必面对另一场天然气危机，并可以加速脱碳。

标签：