有望实现“绿氢”的膜技术

Fraunhofer-Gesellschaft的研究人员开发了一种从天然气中分离氢气的高效且经济的膜技术。这种膜技术可以使天然气和氢气一起通过天然气管道网络输送，然后在最终目的地彼此隔离。当氢作为能源时，这是运输和分配中十分重要的一步。

除了基于陶瓷的材料，Fraunhofer陶瓷技术和系统研究所IKTS也在研究其他材料的潜力，比如碳。这种材料在将氢作为能源的运输过程中发挥了关键作用。氢被视为建立无二氧化碳能源供应的希望灯塔。如果从风能和太阳能等可能源再生中收集氢，就不会产生破坏气候的排放。但是我们如何将这种“绿色”氢气从生产者转移到消费者手中呢？

HYPOS(东德氢能源储存和解决方案)项目正在努力解决这一困境。其目标是创建一个智能基础设施的分销商网络和存储站，将使清洁能源可用于所有地区。

除其他方法外，HYPOS项目的合作伙伴正在寻求将氢气(H₂)与天然气(主要成分是甲烷CH₄)一起运输的想法。毕竟，德国有51.1万公里长的天然气网络和33个天然气储存地点。“这个基础设施的优点是，它可以让氢气也被输送到天然气网络。这两种物质可以在一条线上同时运输。一旦它们到达目的地，我们可以根据需要再次将它们分开，”Fraunhofer IKTS集团经理Adrian Simon博士解释道。

这就是碳的用武之地。它在多孔陶瓷基材上形成超薄层，在其中充当膜，将天然气和氢气彼此分离。从定制聚合物合成开始，膜生产涉及多种工艺。聚合物是由支链大分子组成的物质，然后将其施加到多孔基材上。当聚合物被加热并与氧气隔绝时，它会在其表面形成一层碳。碳的孔隙直径小于一纳米，这使得它们可以有效地进行气体分离。物理和化学过程可以进一步适应膜的分离行为。Fraunhofer IKTS一直与总部位于莱比锡的DBI Gas-und Umwelttechnik GmbH合作开发管状碳膜。

在分离过程中，氢气和天然气通过管状组件推进。较小的氢分子被迫通过膜孔以气体的形式到达外部，而较大的甲烷分子则被阻挡。“这给了我们80%纯度的氢。然后，我们在第二个分离步骤中过滤剩余的天然气，最终的结果是纯度超过90%。”Simon博士说。