俄罗斯科学家建议在气田直接将天然气转化为氢气

俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究所的研究人员近期研发出一种能在气田中以45%的效率从天然气制取氢气的方法，实现方式是通过向井中注入蒸汽以及催化剂，然后通入氧气来引燃天然气。借助催化剂的辅助作用，燃烧过程能够生成一氧化碳和氢气的混合物，从而便捷地从中提取所需的氢气。这项创新技术将有助于推动化石能源向清洁氢能源的转型。这项研究成果已发表在著名学术期刊《燃料》上。

全球约有80%的能源依赖于石油和天然气等化石燃料，这类燃料在燃烧过程中排放的二氧化碳对环境构成威胁，同时加剧气候变化。尽管与石油相比，天然气被普遍视为较为清洁的能源，但其燃烧过程仍会产生二氧化碳，对环境产生负面影响。

氢气在燃烧过程中仅排放水蒸气，因而有望成为更具环保性和健康性的替代能源。然而，由于制氢工艺的瓶颈，使得这种绿色能源尚未得到全面推广和应用。

莫斯科斯科尔科沃科学技术研究所的科研团队首次提出从富含碳氢化合物的天然气田储层中提取氢气，这些储层在分子层面蕴含丰富的氢元素。这意味着，一旦碳氢化合物经过转换，便可产出大量的“绿色”燃料。

科研团队率先提出了一套从气田高效生产氢气的多步骤工艺。首先，将蒸汽与催化剂一并注入井中，其后，催化剂将协助将氢气与天然气组分进行分离。随后，向储罐泵入空气或纯氧并直接引发气体燃烧。

在蒸汽和催化剂的共同作用下，天然气得以燃烧并转化成一氧化碳和氢气的混合物。一氧化碳衍生的二氧化碳被保留在水库中，不会产生温室效应。

在最后阶段，通过设置阻挡其他燃烧产物的薄膜，从井中提取氢气，而一氧化碳和二氧化碳被永久封存在地下。

研究人员在模拟真实气藏环境的实验室反应器中对所提出的工艺进行了试验。他们在反应器中投入碎石后，再注入甲烷（天然气的主要成分）、蒸汽以及催化剂，随后通入氧气。反应器内部的压力保持在气藏的典型水平（高于大气压八十倍）。

随着实验的进行，科研团队分析了反应器中气体的成分，以便评估甲烷转化为氢气的效果。数据显示，绝大部分氢气（占据总气体体积的45%）是在800℃的反应器中注入大量蒸汽的过程中所形成的。

为了使反应尽可能高效，蒸汽的用量应是天然气的四倍。科研人员选择800℃的温度，原因在于该温度在天然气燃烧过程中轻易达到，无需额外人工管控。

氢气产量还受到岩石成分的影响。例如，在多孔氧化铝的实验中，氢气收率达到了55%。在这种情况下，较高的效率源于氧化铝的惰性，即其与周围元素无法发生反应。天然岩石中含有的其他更为活跃的矿物质，可能会与气体混合物的成分发生反应，进而影响氢气产量。

“该过程的各个环节均基于成熟的技术，这些技术此前从未应用于从真实气藏中生产氢气。我们已经证实，我们的方法能够在实际环境中高效地将碳氢化合物转化为绿色燃料。未来，我们计划在真实的气田中对我们的方法进行测试。”斯科尔科沃科学技术研究所石油研究部高级研究科学家、该项目负责人Elena Mukhina博士表示。