新型反应器利用天然气生产清洁能源和碳纳米管。
发布时间：2025-12-30 16:17:38 阅读数： 246
本研究开发的多通道反应器的结构。
剑桥大学的科学家们开发了一种新型反应器，可以将天然气（一种主要由甲烷组成的常见能源）转化为两种极具价值的资源：清洁的氢燃料和碳纳米管，碳纳米管超轻且比钢更坚固。
氢气是一种很有前景的绿色燃料，因为它燃烧完全，只产生水蒸气，不产生二氧化碳。然而，我们目前制氢的方法通常是利用高压蒸汽分解气体分子，这会释放出大量的二氧化碳作为副产品。
为了避免这种情况，剑桥大学的研究团队希望完善一种名为甲烷热解的技术，该技术可以将甲烷转化为氢气和固体碳，且不产生二氧化碳。然而，迄今为止，由于传统反应器会浪费过多气体，因此还没有人能够高效地进行大规模应用。
多通道反应堆
科学家们通过建造多通道反应器解决了这个问题，相关细节已发表在《自然·能源》杂志上。与以往只让气体通过系统一次造成大量浪费和能量损失的做法不同，这种反应器能够持续循环利用未使用的气体。甲烷不断返回高温反应器，直到大部分转化为氢气和碳纳米管气凝胶。
通过闭环系统运行，该反应器最大限度地减少了物料浪费。与单程反应器相比，这种方法带来了性能的巨大飞跃，正如研究人员在论文中所述：“多程反应器的碳产率提高了8.7倍，摩尔过程效率（系统利用每个气体分子的效率）提高了446倍。”
利用甲烷热解法制备氢气和块状碳纳米管材料。
从实验室到现实世界
这项研究是在实验室规模的反应器上进行的，但为了了解多级反应系统在实际应用中的性能，研究人员运行了一个专为工业用途设计的大型反应器的计算机模型。他们还纳入了来自一家真实商业工厂的数据，以使模拟结果尽可能精确。
研究团队发现，这种循环设计可以将进入系统的气体的75%转化为有用资源，以3:1的质量比生产碳纳米管和氢气。换句话说，该系统每成功将4公斤甲烷转化为有用资源，就能产生3公斤碳纳米管和1公斤氢气。
这项工艺不仅能为建筑行业生产出更坚固、更可持续的材料，还能为我们的能源需求提供大量清洁燃料。但在此之前，还有许多研发工作要做。正如研究人员指出的那样，“这项工艺可以减少温室气体排放，但要大规模应用这项技术，还需要大量的研发工作。”
