氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是未来国家能源体系的重要组成部分，对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。近年来，在政策和市场的双重驱动下，氢能产业及其应用领域不断拓展和创新，尤其是在交通、工业、建筑、电力等领域，发展速度迅猛，潜力巨大。

可再生能源制备绿氢是氢能产业快速发展的关键，然而我国可再生能源的供需呈逆向分布特征，且氢气的储存与运输成本高，因此，如何实现绿氢的长时储存与长距离运输至关重要。研究发现液体储氢化合物(甲醇CH3OH/液氨NH3)能够有效解决此问题。具体来说，通过可再生能源发电，电解水制绿氢，绿氢可与二氧化碳或空气中的氮反应分别转化为绿色甲醇(即液态阳光，3H2+CO2=CH3OH+H2O)和绿氨(3H2+N2=2NH3)，实现氢气的储存（图1）。甲醇和液氨均是液态，储存和运输技术成熟，成本低。在应用现场，甲醇、液氨不仅可以直接燃烧供能，也可以通过逆反应过程释放氢气并应用。

图1. 绿氢的制备与应用示意图

在应用端，储氢化合物制氢技术的重要性主要体现在两个方面：第一，应用端所需的燃料是氢气时（如氢燃料电池、氢发动机等），储氢化合物释放氢气的过程离不开制氢技术；第二，甲醇、绿氨直接作为燃料应用时，其燃烧过程需要氢气的助燃，可通过制氢技术将一部分甲醇或绿氨转化为富氢气体，促进甲醇或绿氨的高效燃烧，降低排放。

针对储氢化合物(CH3OH/NH3)制氢技术在能源领域的应用，结合应用场景的实际需求，我院氢能研发团队围绕高活性制氢催化剂和制氢应用系统，正在进行相关理论研究和关键技术攻关，目标是实现储氢化合物制氢装备的小型化及其应用。具体研究进展如下：

在甲醇制氢领域，一方面围绕铜基催化剂，基于“缓释催化”理论，详细研究了铜铝尖晶石催化剂缓释催化过程中铜的缓释速率、缓释铜的烧结速率以及留存结构等的变化，揭示了铜铝尖晶石缓释催化过程的动态变化规律。目前该催化体系已完成催化剂的小试研究以及百公斤级放大，1000h以上的连续测试结果显示，放大的催化剂样品对甲醇制氢反应表现出较高的催化活性和较好的稳定性（图2），达到预期目标。该研究是由我院氢能团队与中国科学院山西煤炭化学研究所共同合作完成。

图2 铜铝尖晶石缓释催化剂放大样品催化性能

另一方面，围绕甲醇制氢装备的小型化，开展了高通量甲醇制氢催化剂的设计与开发，通过催化剂的构筑以及构效关系的研究，对催化剂在高温、高空速下的活性组分和结构稳定性控制有了深入认识。目前已初步完成前期探索研究工作，结果显示在420℃、甲醇质量空速2h-1、0.6MPa的条件下，催化剂对甲醇具有高活性和高稳定性，完成了1500h以上的稳定性测试(图3)。该催化体系适用于移动式、分布式制氢，有望在甲醇制氢装备的小型化领域实现突破。

图3 高通量甲醇制氢催化剂性能

在氨分解制氢领域，通过催化剂的设计和结构控制，详细研究了活性组分和载体间的相互作用及催化剂对氨裂解制氢性能的影响规律，获得催化剂的基础配方。结果显示，该催化体系在高空速（90000mL/g-cat./h）下对氨裂解表现出较好的催化活性(图4)。该催化体系主要针对绿氨作为能源直接使用领域，通过部分氨制氢，促进氨燃烧。目前结果基本满足该领域的应用需求，正在做进一步的优化。

图4 氨分解制氢催化性能