2020年，中国政府提出了2030年“碳达峰”和2060年“碳中和”的发展目标。实现“双碳”目标，不仅要控制传统化石燃料的碳排放，还要寻找合适的替代能源。氢能作为一种清洁的可再生能源，有望成为化石燃料的理想替代能源。作为氢源载体，液态甲醇具有能量密度高、来源广泛、可再生、环境友好、氢碳比高等优点。甲醇重整制氢技术是指甲醇与水或空气反应生成氢气，可以解决氢气的运输问题，拥有一条具有商业和环境价值的制氢及应用路线（图1）。甲醇重整制氢技术已广泛应用于移动制氢、供能、交通、军事等领域，受到了学术界和工业界的极大关注。浙江大学机械127实验室邱星晔硕士生在国际期刊International Journal of Hydrogen Energy(IF=7.139)上在线发表题为“Progress on Methanol Reforming Technologies for Highly Efficient Hydrogen Production and Applications”的长篇综述论文，主要综述了甲醇重整技术的反应原理、研究重点、应用前景，总结了甲醇重整技术对“双碳”目标的贡献前景和需要解决的技术问题。甲醇重整制氢技术可以在燃料电池应用中实现清洁高效的能源供应。

       1. 甲醇重整制氢反应

       甲醇是一种液态、无色、天然的氢源载体，其制备方法可分为传统甲醇和合成甲醇两种。传统甲醇的制备通常采用合成气生产、粗甲醇合成和提纯三步工艺。传统甲醇比直接使用化石燃料的碳排放少，但不利于可持续发展。合成甲醇，又叫“绿色”甲醇，由“绿色”氢气和二氧化碳合成。合成甲醇原料可再生，有利于创造工业碳循环，缓解温室效应。

       在甲醇重整制氢系统中，甲醇可以通过多种方法转化为氢气(图2)，可分为甲醇蒸汽重整(MSR)、甲醇部分氧化(POM)和甲醇自热重整(ATMR)。其中，甲醇蒸汽重整制氢技术最成熟，应用范围最广。

2. 甲醇重整制氢反应催化剂

为了提高反应产物氢气的选择性并降低CO含量，许多具有高活性和稳定性的MSR催化剂已被开发用于微反应器。目前，常用的催化剂有两种：铜基催化剂和VIII-X 族金属催化剂。铜基催化剂在MSR反应中通常具有活性高、成本低、反应温度低等优点。VIII-X族金属催化剂，如Pd基、Ni基和Pt基催化剂，是另一种常用的MSR反应催化剂，具有更好的催化稳定性。

3. 甲醇重整制氢反应器

根据使用的催化剂载体，MSR微反应器可分为两类：微通道反应器和多孔载体反应器。有序的微通道结构可以使反应物分布均匀，延长反应物与催化剂的接触时间。多孔催化剂载体通常具有反应流路短、表面积体积比大、催化剂包覆能力稳定等特点。

随着制造技术的发展，许多制造方法和工艺已被用于制造精密和紧凑的微反应器。精密加工、微冲压、触变成型加工、非传统加工加工和MEMS技术可用于制造微通道载体(图3)。多孔催化剂载体(图4)可以通过熔融固化、金属沉积、纤维烧结和3D打印等方法制造，其中3D打印可以制造复杂的规则多孔结构。而复合结构的微反应器可以通过使用上述工艺的组合加工来制造。

4. 甲醇重整制氢的应用

 甲醇重整制氢技术具有广阔的应用前景，可以与质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统集成，用于移动制氢应用，例如便携式系统、无人机(UAV)、汽车、潜艇等实际用途。

过多的碳排放会导致全球变暖。对于甲醇重整制氢的产物，CO2的捕获、利用和储存可以限制碳排放，并产生高纯度的氢气作为清洁能源。目前，甲醇重整制氢技术中的CO2处理可分为两类：吸附剂吸附和膜分离。

总结与展望

甲醇重整制氢技术可以实现高效制氢，在各种能源供应行业具有相当大的应用前景。该技术可实现氢能替代化石能源，利用甲醇作为储氢载体，解决氢气储运难的问题。在未来的研究中，有四方面的问题需要解决(图5)：1) 制备高效催化剂，制造高性能反应器；2) 系统集成商业化；3) 产物提纯工艺研究；4) 原料和产物低碳化处理。论文研究工作得到了国家自然科学基金、浙江省重点研发计划等项目的资助。

来源：触觉感知与微制造实验室