傳統的高壓氣態儲氫需要將氫氣壓縮至的壓力(通常為 35MPa 或 70MPa),這不僅需要昂貴的壓縮設備和高壓儲存容器,而且存在較大的安全風險 。液氫儲存雖然能量密度高,但需要將氫氣冷卻至 - 253℃的低溫,能耗,儲存和運輸成本高昂,且對儲存設備的絕熱性能要求。
相比之下,甲醇在常溫常壓下為液體,其密度約為 0.79g/cm3 ,便于儲存和運輸。它可以利用現有的液體燃料儲存和運輸基礎設施,如油罐車、管道等,大大降低了儲存和運輸成本。
此外,甲醇制氫過程中不產生氮氧化物、硫化物等有害氣體,減少了對大氣環境的污染,有助于改善空氣質量。從成本角度分析,甲醇制氫具有一定的成本優勢。在原料成本方面,甲醇的生產技術成熟,來源廣泛,價格相對穩定。
同時,甲醇制氫裝置的運行維護成本也相對較低,其反應條件相對溫和,對設備的材質和耐高溫、高壓性能要求不像某些傳統制氫技術那么苛刻,降低了設備的維護難度和成本。甲醇制氫技術在儲存運輸、環保性和成本等方面的優勢,使其成為一種潛力的制氫技術,有望在未來的氫能產業發展中發揮重要作用。
盡管甲醇制氫技術具備諸多優勢,但在實際應用中,仍面臨著催化劑性能、能量效率以及安全環保等方面的挑戰。在催化劑性能方面,目前廣泛使用的銅基催化劑雖然在甲醇水蒸氣重整制氫反應中表現出較好的活性和選擇性,但仍存在一些問題。
此外,催化劑的活性和選擇性在不同的反應條件下波動較大,難以在寬范圍的操作條件下保持穩定的性能。當反應溫度、壓力或原料組成發生變化時,催化劑的性能可能會受到顯著影響,導致甲醇轉化率和氫氣選擇性下降。
能量效率是甲醇制氫技術面臨的另一大挑戰。甲醇水蒸氣重整制氫是吸熱反應,需要外界提供大量的熱量來維持反應的進行。在傳統的甲醇制氫工藝中,通常采用燃燒化石燃料來提供熱量,這不僅增加了能源消耗和生產成本,還會產生一定量的二氧化碳排放,降低了整個制氫過程的能源效率和環境友好性 。
在反應過程中,還存在著熱量傳遞和利用效率不高的問題。由于反應器內的溫度分布不均勻,導致部分反應區域的溫度過高或過低,影響了反應的進行和能量的有效利用。同時,反應后的產物氣中含有大量的余熱,若不能有效地回收利用,也會造成能量的浪費。甲醇制氫過程中的安全環保問題也不容忽視。
此外,甲醇制氫過程中會產生一定量的二氧化碳排放,雖然相較于傳統的化石燃料制氫方法,其二氧化碳排放量相對較低,但在全球對碳排放要求日益嚴格的背景下,如何進一步降低甲醇制氫過程中的碳排放,實現低碳甚至零碳制氫,也是該技術面臨的重要挑戰之一 。