科学家提议在气田中将天然气直接转化为氢气

斯科尔科沃理工学院的研究人员已经找到了一种在气田中以45%的效率从天然气中生产氢气的方法，即向井中注入蒸汽和催化剂，并加入氧气点燃天然气。催化剂辅助燃烧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速从化石燃料向清洁氢能的转变。这项研究发表在《燃料》杂志上。

大约80%的能源来自化石燃料，例如石油和天然气，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。尽管天然气被认为比含有许多毒素的石油“更清洁”，但它在燃烧时仍会排放二氧化碳，使天然气对环境构成威胁。

氢气除了排放水蒸气外不会产生任何排放，可能是一种更健康的替代能源。然而，这种“绿色”能源的广泛使用却因生产困难而受到阻碍。

莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所的研究团队首次提出从天然气田储层中提取氢气，这些储层富含碳氢化合物，在分子水平上含有大量氢。这意味着碳氢化合物一旦转化，就可以产生丰富的“绿色”燃料。

该团队提出了一种从气田中生产氢气的高效、多步骤工艺。首先，将蒸汽和催化剂一起注入井中，催化剂随后有助于将氢气从天然气成分中分离出来。然后，将空气或纯氧泵入井中，直接点燃储层中的气体。

在蒸汽和催化剂的帮助下，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，氢气通过阻挡其他燃烧产物的膜从井中提取出来，而一氧化碳和二氧化碳则永久地困在地下。

研究人员在模拟真实天然气储层环境的实验室反应器中测试了他们的工艺。他们将碎石放入反应器，然后泵入甲烷(天然气的主要成分)、蒸汽和催化剂，然后泵入氧气。反应器内的压力保持在天然气储层的典型水平(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气体的成分，以评估甲烷转化为氢气的效率。结果表明，大部分氢气(占总气体体积的45%)是在800°C时向反应器注入大量蒸汽形成的。

为了使反应尽可能高效，蒸汽的量应是天然气的四倍。研究人员之所以选择800°C的温度，是因为天然气燃烧时很容易达到这一温度，而且不需要人工维持。

氢产量还取决于岩石的成分。例如，在多孔氧化铝实验中，氢产量达到55%。在这种情况下，更高的效率是由于氧化铝是惰性的，即它不会与周围的元素发生反应。天然岩石含有其他更活跃的矿物，它们可以与气体混合物的成分发生反应并影响氢产量。

“该工艺的所有阶段都基于成熟的技术，这些技术以前从未用于从真实气藏中生产氢气。我们已经证明，我们的方法可以帮助将碳氢化合物在现场环境中转化为‘绿色’燃料，效率高达45%。未来，我们计划在真实的气田中测试我们的方法，”SkoltechPetroleum高级研究科学家、项目负责人ElenaMukhina博士说。

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