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正如聯合國第26屆氣候變化峰會COP26剛剛證實的那樣，氫對地球的脫碳至關重要。根據國際能源署(International Energy Agency)的說法，在我們追求凈零碳排放的過程中，未來30年的需求應該會增加6倍。
三菱重工美國公司新業務發展副總裁Ricky Sakai說:“全球氫市場在過去40年里發展迅速，但我們需要所有參與者的合作來完善氫價值鏈。”
現在氫的問題是什么?歷史上，大規模生產氫氣最廣泛使用的生產方法——蒸汽-甲烷重整法，加劇了我們需要解決的問題——它產生的副產品二氧化碳(CO2)是氫氣的10倍。
一個潛在的解決方案是對傳統甲烷熱解進行創新改造。將甲烷加熱到很高的溫度會分解它，產生氫氣和固體碳。關鍵是要使這一過程足夠高效，在規模上足夠經濟。“這不需要任何新科學——它只是一個阻礙和解決化學工程問題的方法，”扎克·瓊斯說，他是C-Zero的聯合創始人和首席執行官，C-Zero是加州圣巴巴拉的一家硬技術初創公司，急于擴大其專有的甲烷熱解工藝。
C-Zero的解決方案就像“反向開采煤礦”——它將天然氣脫碳，產生清潔的氫，并將產生的固體碳埋在地下。
Jones的公司和它的技術震驚了新業務開發團隊，認為這是MHI集團的一個有前途的投資機會，該集團的目標是將各種脫碳方法商業化。C-Zero的方法可以使天然氣生產商、分銷商和消費者繼續在脫碳的世界中運營，同時幫助他們實現凈零承諾。
瓊斯說，可以把這家初創公司的過程想象成“一座反向開采的煤礦”:C-Zero將天然氣脫碳，生產清潔的氫，并將產生的固體碳埋在地下。
改變游戲規則的液體催化劑
該團隊正在重新考慮甲烷熱解，因為兩個趨勢趨同:全球對二氧化碳水平上升的擔憂和廉價天然氣的充足供應。他們共同提供了利用甲烷熱解相對于電解(最常見的低碳/零碳制氫方法)的顯著優勢的潛力——每單位氫只消耗大約13%的能量。
提高的效率引起了埃里克·麥克法蘭的注意，他是加州大學圣巴巴拉分校的一位具有創業精神的化學工程教授。甲烷熱解是一個相對簡單的過程，但尚未得到廣泛應用。傳統的方法是讓甲烷流經加熱的鎳層，分離氫和碳。但由此產生的固體碳會堵塞鎳的表面。鎳的再生會產生新的二氧化碳。
麥克法蘭推斷，使用熔融催化劑可以解決這個問題。在液態狀態下，催化劑不斷地自我再生，因為沒有碳的表面堆積和失活。其他產生不純碳的工藝保留了該工藝的催化劑材料，降低了系統的效率，增加了成本。
提高效率，促進商業化
瓊斯是一位虔誠的氫氣擁護者。他駕駛一輛氫燃料電池汽車已有多年。2017年，他正在尋找可以投資的項目，偶然發現了麥克法蘭寫的一篇關于熔化催化劑突破的學術論文。瓊斯飛往圣巴巴拉，希望為一家初創公司提供資金。相反，他和這位教授共同創立了C-Zero。
這家新興公司專注于優化其甲烷熱解方式，以盡可能高效地生產氫氣。在系統中保留熱量是關鍵，因為熱損失會大大降低效率優勢比電解。
“我們給很多潛在投資者打了電話，他們說，‘聽著，沒有人愿意為避免二氧化碳排放支付溢價。’(但如今)“他們中的一些人正積極地試圖給我們提供資金。”-扎克·瓊斯，C-Zero聯合創始人兼首席執行官。
瓊斯和麥克法蘭打賭，對這一過程進行微調將使其更容易商業化，人們最終會足夠關心減少二氧化碳排放，從而為更清潔的氫生產支付溢價。瓊斯說:“我們給很多潛在投資者打了電話，他們說，‘聽著，沒有人愿意為避免二氧化碳排放而支付溢價。’”但如今，“他們中的一些人正積極地試圖給我們提供資金。”
C-Zero目前正在建設一個試點工廠，將使目前的生產能力提高一個數量級以上。兩位創始人預計，他們只需要幾次技術迭代，就可以每天生產5到10噸氫氣，他們認為這是最低效率規模。
解決方案隨著市場的變化而變化
這項技術以多種方式融入新興的氫價值鏈。在減排壓力下，油氣生產商獲得了一個新的、非排放終端市場。勘探和生產公司可以在井口使用該技術，以避免短暫的甲烷排放。
對于像三菱重工集團這樣將燃氣輪機轉化為氫氣驅動的公司來說，這一過程可以直接在渦輪機前面進行。C-Zero的氫產生熱量，這實際上提高了渦輪機的效率。
更重要的是，在使用氫氣的地方生產氫氣，無需運輸這種易燃、低密度的元素，從而消除了廣泛采用的另一個障礙;相反，公司可以利用現有的基礎設施運輸天然氣。無論在價值鏈中使用甲烷熱解的哪個環節，其固體碳副產品都可以直接儲存在地下，就像煤礦一樣。
最終，這種熱解方式降低了制氫成本。它可以隨著需求的增加而擴大規模，為天然氣創造一個零排放的市場，同時有可能在電力生產中取代天然氣。該技術以多種方式融入氫價值鏈的靈活性使其能夠適應市場的發展。
日本氫產業協會的Sakai說，隨著氫產業的持續快速擴張，生產盡可能多、盡可能高效的氫的工藝肯定會受到需求。這是一條重要的、創新的脫碳之路。
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