12月21日消息，中国科学院上海高等研究院工程科学团队在 3D 打印技术制备车载甲醇重整制氢催化剂研究中取得进展。

车载甲醇重整制氢可在不使用氢气作为直接原料的情况下为燃料电池汽车供氢，为降低其燃料储存成本和运输成本提供了有效路径。IT之家了解到，工程科学团队提出一种使用 3D 打印技术制备整体式催化剂，通过调控载体组成与煅烧温度，改进催化剂空间结构等策略，开发出一种新型兼具高机械强度和高催化活性的 3D 打印催化剂制备方法。

研究以光固化 3D 打印技术制备催化剂载体，结合低场核磁共振空间测试金属离子分布，分析了 3D 打印氧化铝多孔载体中机械强度、孔隙率与煅烧温度组成的关系，揭示了多孔载体中金属离子的扩散效应，同时开发了核磁成像定量测试金属离子分布技术。通过干燥结晶煅烧方法，成功在高机械强度氧化铝多孔载体上合成了铜锌片层结构活性组分层。

通过改进氧化铝载体空间结构，从而提高传热与传质效率降低床层压降，进而提高甲醇重整反应催化效果。经过对反应参数的优化，单位质量催化剂氢气的时空产率达到 536 mol / kgcat / h，超过目前报道的大部分同类型催化剂。同时，催化剂机械强度高，径向压溃强度达 152.4 N / mm，是目前传统颗粒催化剂的 4 倍，可适应车载加速颠簸等情况。

一、甲醇制氢的优势在哪？它是否能真正解决化石能源大规模制氢的痛点？

1、大规模制氢远离消费侧

隐形成本高存在“弃氢”风险

“就像此前我们大规模开发太阳能和风电一样，产新能源的地方缺少用电负荷，因此就一度出现了大量的弃风、弃光。如果氢能的发展不能引以为戒，未来也可能出现‘弃氢’。”广东合即得能源科技有限公司董事长向华认为，目前国内普遍使用的煤制氢、天然气制氢等大规模制氢方式，在如何用氢上存在着巨大的隐性成本。“大规模制氢技术本身可能相对成熟，但生产端的氢和消费端的氢却是两个概念。”

“单就运费而言，每公斤氢气从制备完成到最终送达消费者，其中的运输成本在25元以上。”向华指出，运费成本在氢气销售价格中占比已经很高。

不仅如此，澳大利亚国家工程院外籍院士、南方科技大学清洁能源研究院院长刘科强调，从生产端到消费端的运输环节，氢气的安全隐患更不容忽视。“氢气是分子最小、最容易泄漏的气体，近百年来，世界上许多炼油厂的安全事故起因都是氢气泄漏。当空气中氢气含量在4％—73％之间，就会引起爆炸。露天环境相对安全，但如果在地下车库发生泄漏爆炸，可能导致毁灭性后果。”

“甲醇制氢就是甲醇和水通过催化重整制氢，然后通过燃料电池发电。在车用场景下，简单说就是一边把液体甲醇加进去，另一边就可以直接转换成氢能，然后发电驱动汽车。”向华强调，同常规的大规模制氢相比，甲醇制氢省去了氢气的储存和运输环节，属于微型制氢装置，离消费者最近，即制即用。

2、转化环节越多能量损失越大

但最终要比较全过程综合效率

“其实我们在进军氢能领域的时候做过长时间的市场调研和论证，煤制氢、天然气制氢、可再生能源制氢、电解水制氢以及甲醇制氢，这些路线我们都有了解，就甲醇制氢而言，我们并不认为这是最优解。一方面，与煤制氢相比，甲醇制氢并非主流，这就意味着在相应的装备制造、配套技术等方面可能并不如主流技术路线完善；另一方面，就车用而言，甲醇本身就可以作为动力来源，如果再通过一个制氢环节，转换多了一步，能量一定就会有损失。”国内某涉足氢能开发利用的大型能源企业相关负责人向记者道出了所在公司并未选择甲醇制氢的主要原因。

“环节一多，效率肯定有所降低，这也是我长期思考过的问题。”对于质疑的声音，向华直言不讳，“我们还是要看综合效率，比如煤制氢、天然气制氢的过程中，煤炭、天然气要运输，而甲醇作为液体燃料，它的运输要比固态和气态运输更加便捷、经济。综合权衡，甲醇制氢是在制造过程中能量有所损耗，而其他方式则是在运输环节损耗。”

“甲醇制氢过程中有能量损耗，但其他制氢方式同样有损耗。”刘科指出，加氢站中的氢气要经过压缩才能提高能量密度，压缩后用于存储氢气的容器也需要采用价格高昂的碳纤维制成。“这一系列过程中本身就存在很多能量损耗。”

二、碳中和与氢燃料电池耦合闭环，破解“能源不可能三角”

氢能作为颇具前景的绿色能源，受到了国家层面越来越高的重视。今年8月，由北京市牵头申报的京津冀氢燃料电池汽车示范城市群被财政部、国家能源局等五部委联合批准为首批示范城市群。北京市亦发布了《氢能产业发展实施方案（2021—2025）》，率先打造氢能创新链和产业链，对落实首都高质量发展战略，支撑京津冀能源结构转型、引领全国氢能技术创新和产业发展具有重要意义。

实行燃料替代的低碳交通是包括北京在内的城市碳达峰、碳中和的重要途径之一。“城市未来氢燃料电池汽车规模化上路，既要解决氢燃料的供应安全问题，还要保障氢源充足。”他指出，氢源做为一种能源一定要立足于本地资源特点，结合自身现实情况，紧盯“国家双碳目标”，实现多元供应，方能支撑氢燃料电池汽车、氢能产业健康成长，发展壮大。

然而，处于起步期的氢能产业暂时未能摆脱制氢成本高、供应可靠性不足的瓶颈。在能源界有“能源不可能三角”这一说法，即一种能源品类无法同时做到绿色低碳、安全可靠、低成本。

对此，甲醇和甲醇制氢路线可以解决这一难题。甲醇被誉为“液态阳光”，常温常压处于液态，可实现长期安全稳定的储存，是理想的低成本化学储氢载体；也是实现碳减排的重要路径，把碳捕集和副产氢合成“绿醇”是“固碳储氢”的现实方法；利用碳捕集技术，将工业生产中的二氧化碳收集起来，与清洁电力转化生成绿醇，在增加产品价值、解决清洁能源替代化石液体燃料等问题上也具有长远意义。

在使用成本方面，甲醇重整制氢燃料电池是氢气随制随发，需要氢气发电时就开始工作，半升甲醇半升水就能发一度电，算下来成本是5毛钱一度电，远远低于当前可再生能源电解水制氢的成本。

直接利用甲醇燃料或更现实

现阶段，如果发展氢能，甲醇制氢可以即制即用，从安全性、实用性角度来说是个不错的选择。但具体到车用动力上，现阶段，直接利用甲醇驱动或许是更为合理的选择。

甲醇在汽油机中采用点燃方式是可以使用的，虽然效率有限，但我们通过一定的技术手段让甲醇可以采用压燃方式在柴油机中使用，那么效率就会有很大提升。目前，美日系汽油车平均每加仑汽油可以续航32英里，但欧系的柴油车每加仑柴油可以跑81英里。

此外，甲醇作为液体燃料，可以充分利用现有的燃油基础设施。在甲醇内燃机车一步步发展的过程中，相应的基础设施可以在现有基础上逐步完善发展起来。比如我们现在一个加油站有六个汽油罐，慢慢发展以后可能是四个汽油罐、两个甲醇罐，循序渐进，人类几万亿美金投资建立起来的液体燃料基础设施可以继续使用，而不是盲目投资建设加氢站、充电站。

来源：IT之家，中国能源报