燃燒天然氣來(lái)產(chǎn) 生氫氣不被認(rèn) 為是最清潔或 能量最少的 氫 氣生產(chǎn)方法。 但是一家公司正在開發(fā)一 項(xiàng)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)徹底 改變化工廠和煉油廠幾十年來(lái) 生產(chǎn)氫氣的技術(shù)。總部位于美 國(guó)休斯頓的 Syzygy 正在開發(fā) 無(wú)燃燒光反應(yīng)器，利用光而不 是熱來(lái)催化反應(yīng)，生產(chǎn)零排放 和低排放的氫氣和其他化學(xué)物 質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)利用了萊斯大學(xué) 研究人員開發(fā)的光催化劑。 “這項(xiàng)技術(shù)是由低成本材 料制成的。因?yàn)槲覀儾恍枰?燒燃料，反應(yīng)堆內(nèi)部的條件非 常溫和，所以建造成本很低。 它 運(yùn) 行 效 率 極 高。”Syzygy Plasmonics 首席執(zhí)行官特雷 弗·貝斯特稱：“我們的光源 將電子轉(zhuǎn)化為光子的效率達(dá)到 95%。意味著我們的反應(yīng)堆電 池整體能效接近 80%，是同類 產(chǎn)品中最好的。非常高的效率 意味著低運(yùn)營(yíng)成本。便宜的材 料意味著低資本成本。使用可 再生電力意味著沒(méi)有排放。因 此，我們是能源行業(yè)最廉價(jià)、 最清潔替代品。” 等離子體動(dòng)力學(xué)是一個(gè)研 究光如何與金屬納米粒子和納 米結(jié)構(gòu)相互作用的領(lǐng)域，隨著 世界尋求低碳能源以降低排放， 基于等離子體動(dòng)力學(xué)的技術(shù)正 在取得進(jìn)展。氫被認(rèn)為是一種 很有前途的途徑，因?yàn)樗亩?功能性和缺乏溫室氣體排放。 貝 斯 特 認(rèn) 為，Syzygy 的 技術(shù)對(duì)煉油廠和化工廠的作 用，就像智能手機(jī)對(duì)電信業(yè)的 影響、半導(dǎo)體對(duì)計(jì)算機(jī)行業(yè)的 影響一樣。 他說(shuō)：“我們非常堅(jiān)信，這 項(xiàng)技術(shù)有可能顛覆整個(gè)行業(yè)。
 
等離子體效應(yīng)
 
目前，蒸汽甲烷重整 (SMR) 是最常用的制氫方法。在 SMR 中，甲烷與高溫蒸汽反應(yīng)，并與 催化劑接觸，產(chǎn)生氫氣和二氧化 碳。然而，這個(gè)在反應(yīng)堆中進(jìn)行 的過(guò)程是能源密集型的，需要大 量的熱量并產(chǎn)生二氧化碳排放。 Syzygy 的技術(shù)不需要燃燒 天然氣來(lái)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。相反， 萊斯大學(xué)的研究人員內(nèi)奧米·哈 拉斯和彼得·諾德蘭德在 2016 年發(fā)現(xiàn)了一種可能改變游戲規(guī)則 的光催化劑，它利用光子來(lái)驅(qū)動(dòng) 化學(xué)反應(yīng)。Syzygy 研究人員將 傳統(tǒng)催化劑材料的納米顆粒放入 更大的等離子體納米顆粒中，可 以收集光，顯著提高捕獲和光傳 輸效率。 Best 將光催化劑描述為更高 效、更穩(wěn)定、更有活性和更便宜。 “它的性能超出了圖表范圍， 沒(méi)有人曾經(jīng)制造過(guò)可以大規(guī)模使 用這種類型的催化劑為工業(yè)生產(chǎn) 清潔分子的化學(xué)反應(yīng)器，我們很 快想象出一個(gè)由人造光驅(qū)動(dòng)的化 學(xué)反應(yīng)器，它由可再生電力提供 動(dòng)力，可以制造許多不同種類的 分子，而不會(huì)產(chǎn)生排放。”貝斯 特補(bǔ)充道。 光 催 化 劑 用 于 Syzygy 的 Rigel 反應(yīng)堆電池。每個(gè)光反應(yīng) 器大約 6.5 英尺高，2.5 英尺寬， 有一個(gè)光催化劑填充的套管，周 圍有一個(gè)燈箱。該公司在其網(wǎng)站 上解釋說(shuō)，光反應(yīng)器的庫(kù)存可以 堆 疊， 從 每 天 1 噸 產(chǎn) 品 到 每 天 100 噸或更多。當(dāng)反應(yīng)器打開時(shí)， 反應(yīng)器內(nèi)的光催化劑被來(lái)自光的 光子激活 , 這每秒鐘引發(fā)數(shù)萬(wàn)億 次反應(yīng)。 結(jié)果是低碳密度化學(xué)品、可 持續(xù)燃料、可再生甲醇或零排放 或低排放氫 ( 當(dāng)可再生電力驅(qū)動(dòng) 光源時(shí) )。不同的催化劑和原料用 于生產(chǎn)氫氣或其他產(chǎn)品。
 
與傳統(tǒng)蒸汽重整相比
 
貝斯特認(rèn)為當(dāng)使用該技術(shù)確認(rèn)提交生 產(chǎn)氫氣時(shí)，蒸汽重整過(guò)程基本上 與傳統(tǒng)的蒸汽重整過(guò)程相同。 貝斯特說(shuō) :“與我們的主要區(qū) 別在于，在傳統(tǒng)的蒸汽重整器中， 你通過(guò)燃燒燃料來(lái)驅(qū)動(dòng)裝置，這 大約占總排放量的 40%。”當(dāng)使 用可再生電力時(shí)，這 40% 就被消 除了。“其余的排放是所謂的工 藝氣體。這實(shí)際上不是通過(guò)燃燒 產(chǎn)生的，而是通過(guò)將 CH4 和水轉(zhuǎn) 化為氫和二氧化碳產(chǎn)生的。二氧 化碳非常集中，比燃燒部分更容 易進(jìn)行碳捕獲。最終，我們可以 將藍(lán)色氫的成本降低約 20%。” 總體成本取決于可再生電力 的價(jià)格。 與電解 ( 利用可再生能源將水 分子分解為氫和氧的過(guò)程 ) 相比， 該技術(shù)所需的電力也更少。 貝斯特表示，要從電解槽中 得 到 一 公 斤 的 氫， 你 需 要 50 到 60 千瓦時(shí)。如果你想從我們的工 藝 中 獲 得 一 公 斤 氫， 需 要 10 到 15 千瓦時(shí)。但是電費(fèi)越貴面臨的 挑戰(zhàn)就越大。 在天然氣價(jià)格較高的地區(qū)， 依賴天然氣的技術(shù)也是如此。所有的技術(shù)都很好，都有 自己的一席之地，根據(jù)投入價(jià)格 或電力和飼料，我們認(rèn)為我們的 技術(shù)適用于全球約 70% 的地區(qū)。”
 
走向市場(chǎng)
 
等離子光化學(xué)不再是未來(lái) 主義。“這實(shí)際上正在發(fā)生。 我們有一個(gè)制造計(jì)劃，可以生 產(chǎn)成千上萬(wàn)個(gè)這樣的電池，并 在世界各地的多個(gè)工廠運(yùn)行了 成千上萬(wàn)個(gè)小時(shí)。”該公司的 工業(yè)示范設(shè)施位于美國(guó)德克薩 斯州的 Pearland，就在休斯頓 郊外。“我們正處于顛覆這個(gè) 市場(chǎng)的風(fēng)口浪尖。” Syzygy 已經(jīng)完成了與挪威 國(guó)家石油公司和住友公司在北卡 羅來(lái)納州的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該技術(shù)在 那里被用于制造合成燃料，并與 韓國(guó)的樂(lè)天精細(xì)化工公司和住友 公司在韓國(guó)進(jìn)行了氨分解試驗(yàn)。
 
該技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了技術(shù)準(zhǔn)備 等級(jí) (TRL) 的第 8 級(jí)。貝斯特表 示，該公司希望在大約兩年內(nèi)達(dá) 到 TRL9。 總之，Syzygy 正在推進(jìn)三 個(gè)商業(yè)演示。“他們應(yīng)該準(zhǔn)備 好在 2026 年第一季度啟動(dòng)并獲 得第一批燃料。最終，我們希 望成為一個(gè)許可方和原始設(shè)備 制造商。” 營(yíng)煉油廠的綜合石油和天然 氣公司，以及供應(yīng)氫氣的化工廠 和工業(yè)氣體公司都是 Syzygy 的 目標(biāo)客戶。 “ 從 技 術(shù) 角 度 來(lái) 看， 我 們 是非常獨(dú)特的。我們是唯一一家 將等離子光化學(xué)技術(shù)推向全球 市 場(chǎng) 的 公 司。” 貝 斯 特 在 談 到 Syzygy 與其他尋求投資者的氣 候科技初創(chuàng)公司的區(qū)別時(shí)表示： “人們?cè)谖覀兩砩峡吹降模撬?們?cè)谄渌鍧嵓夹g(shù)領(lǐng)域不一定看 到的，那就是項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)正回報(bào)率 的能力……我認(rèn)為，許多清潔技 術(shù)無(wú)法明確這一點(diǎn)，因?yàn)樗诮?jīng) 濟(jì)上受到挑戰(zhàn)，但是我們可以。” Syzygy 是受邀參加美國(guó)休 斯頓 Gastech 創(chuàng)業(yè)大賽的 20 家 公司之一。貝斯特表示，在這方 面的勝利有助于展示該公司在這 一領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。
 
 貝斯特認(rèn)為，這次的勝利將 有助于展示該公司在這一領(lǐng)域的 領(lǐng)導(dǎo)地位。 “許多將要出席的人可能仍 將我們視為早期階段，作為一個(gè) 科學(xué)項(xiàng)目。他們還沒(méi)有看到我們 的工業(yè)示范工廠運(yùn)行。他們還沒(méi) 有看到已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)千小時(shí)的工 業(yè)電池。”“如果你回到一年前， 我們沒(méi)有這些東西。我認(rèn)為這次 勝利可以幫助我們向世界展示我 們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，我們已經(jīng)準(zhǔn)備 好在人類最需要的時(shí)候?qū)⑦@項(xiàng)技 術(shù)推向市場(chǎng)。”