最近，美国能源部太平洋西北国家实验室 ( ) 开发了一种直径约为 11 英寸的新型氢气发生器，与微通道热交换器结合使用时，可轻松在高速公路上使用。氢气在服务区沿线现场生产。
这是一项利用常规天然气或生物质制成的可再生天然气制氢的新技术，将有效加速现场制氢技术推向市场。
图片 |新型氢气发生器（来源：官网）
氢是综合能源组合的一部分，可实现能源安全和弹性，并为各个行业提供多样化的应用价值和环境效益。多样化、可持续和丰富的国内资源对各国至关重要：
１）减少对单一或有限资源的依赖；
２）保持能源独立并扩大对资源的获取；
３） 为未来的资源使用和可能的变化情况做好准备。
高资源利用率是全球可持续发展的重要前提，而天然气是地球上最丰富的碳基资源形式之一，广泛应用于我们的生活，在全球范围内有非常完善的天然气输送管道，因此它是最普遍的能源形式之一。
另外，为了未来能源的可持续性，天然气的主要成分甲烷可以作为能源的载体之一，与二氧化碳相互转化，形成能源的良性循环。
然而，化石能源的利用效率通常受限于卡诺效率，难以实现更高的资源利用率。相比之下，氢燃料电池可以通过化学能和电能的相互转换，实现更高效的燃料利用过程。
天然气中富含氢气，可作为氢气载体。因此，在天然气管道附近配备天然气重整制氢的氢气发生器可以实现快速便捷的现场制氢过程。该设备为更高效的能源利用过程提供氢气。
天然气重整制氢是一个大规模的化学过程，也是美国等国家主要的制氢方法。复旦大学研究员龚明告诉深科：“在大规模的情况下，制氢设备可以实现很高的能源效率，但对于现场制氢的小型化和分散式制氢场景，能源效率是由于传质造成的。传热等过程的局限性使其难以实现最大效率。这推动了太平洋西北国家实验室开发这种新型氢气发生器。”
图片 |氢能网站（来源：官网）
该氢气发生器利用甲烷重整过程产生氢气，通过甲烷和水在高温下反应生成氢气和一氧化碳或二氧化碳。在现场制氢的应用场景中，反应器采用螺旋反应器的形式，加强反应过程中的传质和传热过程，使反应物受热均匀、充分混合，从而大大提高了整体能源利用效率。
螺旋物体是自然界中经常出现的几何形式之一，也是单位体积内表面积利用率最高的形式之一。因此，螺旋反应器的设计非常巧妙，也促进了新型反应器形式的发展。设计。
由 PNNL 开发的氢气发生器已授权给科技初创公司 STARS。在增材制造工艺方面，也获得了STARS TC和天然气分销公司的许可，上述螺旋反应器设计也获得了独家许可。
“这种微通道技术的一个近期用途是为燃料电池电动汽车制造氢气，”研发高级总监 Uri 说。
“由于该技术占地面积小，并且大大提高了将天然气转化为氢气的过程的效率，它使氢气更清洁且更易于运输——您可以在附近有天然气管道的任何地方生产氢气。对于我们，这是朝着实现到 2045 年在我们的运营和能源输送中实现温室气体净零排放的目标迈出的重要一步。
这项技术可以极大地改变加利福尼亚州氢气的生产和使用，推动实现加利福尼亚州的气候目标并满足我们的客户。 "
图 |制氢蒸汽-甲烷重整反应器3D“打印”技术（来源：官网）
新型反应器更面向现场制氢应用场景，以3D打印形式创新制备螺旋反应器，可实现高通量反应器制造工艺。该装置与流行的天然气管道相结合便携式车用氢氧发生器，避免了氢气的集中储存，同时通过反应器的小型化和分散化降低了安全隐患。
“将这些小型、高效、大规模生产的发电机视为类似于电网变压器的‘化学变压器’便携式车用氢氧发生器，”STARS TC 总裁兼该技术的发明者 Bob 说。 “它们可以放置在天然气分配系统中的任何位置，因此通过向站点供应符合现场需求的廉价氢气，它就变成了一个‘氢气网’。”
最近，PNNL、STARS TC 和 STARS TC 合作改进了制氢系统和螺旋微通道设计。 PNNL 的技术商业化经理 Sara Hunt 说：“这种增材制造工艺通过减少零件、创造几乎不可能用铸造或机械加工工艺创造的几何形状以及消除耗时的制造步骤来降低制造成本。”该专利技术包括一种在设备内构建结构以增强热传递的独特方法。它还可以使材料涂上或浸渍催化剂，从而加快化学物质向能量的转化。”
图片 | PNNL研发设计的螺旋微通道反应器（来源：官网）
针对新型发电机在实际应用中可能遇到的问题和挑战，复旦大学研究员龚明表示：“主要有两点：
第一点，反应器是基于天然气重整制氢，所以使用场景必须靠近天然气输送管道或天然气用户。
第二点，新发电机制氢，但仍采用天然气重整制氢，所以氢气中必然含有少量碳杂质。这些碳杂质将显着影响燃料电池等应用的使用寿命。为了去除这些碳杂质，必须在尾端进行变压吸附或选择性吸附，这对发电机整体设备的小型化提出了挑战。 "
目前，新能源汽车领域的氢动能汽车保有量远低于纯电动汽车保有量。主要原因是氢能不同于化石能源，也不同于电力系统。它不存在于自然界，也不存在于自然界。现成的完整供应系统。
氢能是一个完整的产业链体系，需要“生产、储存、运营、使用”四个环节同步开发和基础设施建设，需要一定的时间积累。就目前的情况而言，氢动能汽车会比电动汽车稍微贵一点，这可能是氢动力汽车数量少的原因。
未来的发展方向一定是氢动力汽车和纯电动汽车的联合发展。两者都有自己的优势。消费者会根据自己的喜好来决定车辆的类型。总的来说，氢能汽车会更适合大型车市场，而电动车更适合小型车市场。
图片 |氢能在新能源领域的应用（来源：官网）
氢能战略和技术处于领先地位——美国
2020 年 11 月 12 日，美国能源部 (DOE) 发布了《氢能项目发展计划》报告。策略计划。美国经济对持续的经济和环境挑战以及对清洁电力、燃料和其他产品的需求变得越来越敏感。
与此同时，过去十年表明需要全新的战略来保障美国的经济和能源安全以及保护环境。作为一种多功能燃料，氢气为可持续经济增长提供了一条途径。
但要实现氢的真正潜力，需要致力于持续研发和全面部署私营部门以实现规模经济。与其他燃料不同，氢能需要更多地整合化石能源、核能和可再生能源系统，并采用综合方法来充分发挥氢的潜力和优势。
为应对这一挑战，美国能源部 (DOE) 制定了氢能计划发展计划。
本报告更新了能源部2002年发布的《国家氢能路线图》和2004年启动的《氢能行动计划》中提出的氢能战略规划，规划和文件明确了关键技术领域、实际需求和氢能发展面临的挑战和研发重点，提出了氢能发展规划的主要技术经济目标。
