斯科尔泰克公司（Skoltech）的研究人员找到了一种方法，通过向气井注入蒸汽和催化剂，并加入氧气点燃天然气，就可以在气田中以 45% 的效率从天然气中生产氢气。催化剂辅助燃烧会产生一氧化碳和氢气的混合物，后者可以很容易地从中提取出来。这项技术将有助于加快从化石燃料向清洁氢能的过渡。这项研究发表在 Fuel 杂志上。
大约 80% 的能源来自石油和天然气等化石燃料，这些燃料在燃烧时会释放二氧化碳，威胁环境并导致气候变化。虽然天然气被认为比含有多种毒素的石油 “清洁”，但它在燃烧时仍会释放二氧化碳，从而对环境造成威胁。
氢气只排放水蒸气，可能是一种更健康的替代品。然而，这种 “绿色 ”能源的广泛使用却受到生产困难的阻碍。
研究小组首次提出从天然气田的储层中提取氢气，因为天然气田富含碳氢化合物，而碳氢化合物在分子水平上含有大量氢气。这意味着碳氢化合物一旦转化，就能产生大量的 “绿色 ”燃料。
研究小组提出了一种从天然气田生产氢气的高效、多步骤工艺。首先，将蒸汽和催化剂一起注入井中，催化剂随后将帮助从天然气成分中分离出氢。然后，泵入空气或纯氧，直接在储层中点燃天然气。
在蒸汽和催化剂的作用下，天然气燃烧并转化为一氧化碳和氢气的混合物。一氧化碳形成的二氧化碳留在储层中，不会造成温室效应。
在最后阶段，氢气通过一层膜从油井中提取出来，这层膜阻挡了其他燃烧产物，使一氧化碳和二氧化碳被永久地困在地下。
研究人员在模拟真实气藏环境的实验室反应器中测试了他们的工艺。他们在反应器中放入碎石，然后泵入甲烷（天然气的主要成分）、蒸汽和催化剂，再泵入氧气。反应器内的压力保持在典型气藏的水平（比大气压高 80 倍）。
随着实验的进行，研究小组分析了反应器中的气体成分，以评估甲烷转化为氢气的效率。结果发现，大部分氢气--占气体总量的 45%--是在 800°C 温度下通过注入反应器的大量蒸汽形成的。
为了使反应尽可能高效，蒸汽量应该是天然气的四倍。研究人员之所以选择 800°C 的温度，是因为它在天然气燃烧中很容易达到，而且不需要人为维持。
氢气产量还取决于岩石的成分。例如，在使用多孔氧化铝的实验中，氢气产量达到 55%。这种情况下效率较高的原因是氧化铝是惰性的，即不会与周围的元素发生反应。而天然岩石中含有其他更活跃的矿物质，会与气体混合物中的成分发生反应，影响氢气产量。
"该工艺的所有阶段都以成熟的技术为基础，而这些技术以前从未用于从实际气藏中制氢。我们已经证明，我们的方法有助于在油田环境中将碳氢化合物转化为'绿色'燃料，效率高达 45%。Skoltech Petroleum 公司高级研究科学家、项目负责人 Elena Mukhina 博士说："未来，我们计划在实际气田中测试我们的方法。
原文链接：: Elena Mukhina et al, A novel method for hydrogen synthesis in natural gas reservoirs, Fuel (2024). DOI: 10.1016/j.fuel.2024.131758
