实用的甲酸盐/碳酸氢盐能源系统显示出储氢的前景

研究人员仍在寻找一种安全稳定地储存氢气的理想方法，氢气是能源转型的希望之光。来自罗斯托克莱布尼茨催化研究所、LIKAT 和 H2APEX 公司的研究人员报告了如何安全地用简单的“成分”处理这种挥发性可燃气体。这项研究发表在《自然通讯》上。

他们共同开发了一种均相催化剂系统，利用该系统可以将氢 (H 2 ) 与碳酸氢钾结合，从而以安全稳定的方式进行化学储存。碳酸氢盐是碳酸的盐，通常称为发酵粉或小苏打。

氢在钌催化剂的作用下与所述系统中的碳酸氢盐发生反应，生成一种同样无害的盐，即甲酸。“我们可以随时再次释放储存在甲酸盐中的氢——使用相同的催化剂，在相同的系统中，” Rui Sang 博士和博士生 Carolin Stein 解释说，他们都是这篇科学论文的第一作者。这种可以朝任何方向进行的反应被称为可逆反应。

据研究小组负责人 Henrik Junge 博士介绍，该系统在约 60°C 的温度下稳定运行。反应发生在含有所有相关化学物质的溶液中：氢和碳酸氢盐以及催化剂，催化剂首先使反应成为可能，并且在反应过程中不会消耗。

最新出版物中描述的工艺以市售的钌为基础。最终，溶液中还含有新形成的甲酸盐，即实际的 H 2储存体。

H2APEX 研究主管 Sponholz 博士表示，从技术上讲，该系统也易于控制：“根据我向系统中添加氢气的压力，气体要么与碳酸氢盐结合形成甲酸盐，要么发生逆反应，甲酸盐再次释放出氢气。”

易于储存和运输

氢在替代能源供应方案中扮演着关键角色。甲醇、氨和甲烷正在被讨论作为未来氢经济的储存介质。甲酸盐在物质毒性和能量消耗方面比这些储存介质更具优势。甲酸盐可以很容易地储存在塑料容器中并用油罐车运输。Henrik Junge 说：“基本上就像牛奶、啤酒或柴油一样。”

甲酸盐与碳酸氢盐一起形成一个能量系统，像电池一样通过氢气充电或放电。这样的系统实际上特别适合在当地农村地区使用。在那里，当电力供应超过消耗时，风能或太阳能可以通过电解产生绿色氢气，然后以甲酸盐的形式储存起来。

在 LIKAT 和 H2APEX 的合作中，研究人员的目标之一是在甲酸盐中储存尽可能多的氢。这受所用盐的储存密度、溶解度和摩尔浓度的影响，而这些性质又取决于其反离子。这是因为盐通常由带相反电荷的离子、阳离子和阴离子组成。

彼得·斯庞霍兹博士说，在测试了几种候选材料并权衡利弊后，他们决定使用钾。因此，电池中充满氢的盐就被称为碳酸氢钾。顺便说一句：厨房用的发酵粉通常含有碳酸氢钠。

40 个循环，实现气候中性工艺

作者强调，该过程对二氧化碳是中性的。卡罗琳·斯坦解释说，通常情况下，回收氢气时，部分碳酸氢盐会分解成二氧化碳并释放出来。“而我们的系统会永久保存二氧化碳。 ”这意味着可以从该存储系统中获取纯氢，无需进一步纯化即可直接用于燃料电池。

在他们的论文中，作者报告了六个月内连续 40 次氢气储存和释放循环。化学家使用 ppm 范围内的极少量钌催化剂，通过实验室系统生产出 50 升氢气，平均纯度为 99.5%。

罗斯托克-拉格的 H2APEX 公司正在利用这些结果以及其他成果建造一个更大的示范装置，工业合作伙伴也正在利用该研究所的技术中心 Catalysis2Scale。如果一切按计划进行，相应的工厂将在 2025 年底实现商业化，届时氢原子的化学符号 H 也将代表能源转型的希望。