一項(xiàng)新研究的作者表示，第一個(gè)熱力學(xué)可逆化學(xué)反應(yīng)器能夠以純產(chǎn)品流的形式生產(chǎn)氫，這是化學(xué)工業(yè)向前邁出的“轉(zhuǎn)型”一步。2019年5月27日發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《自然化學(xué)》(Nature Chemistry)上的研究對(duì)這種新型反應(yīng)器進(jìn)行了描述，通過一個(gè)固態(tài)氧氣瓶在反應(yīng)物流之間傳輸氧氣，從而避免了反應(yīng)物氣體的混合。

當(dāng)反應(yīng)氣流沿著反應(yīng)軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)儲(chǔ)層被設(shè)計(jì)成與反應(yīng)氣流保持接近平衡，從而保留了對(duì)其所處環(huán)境的“化學(xué)記憶”。其結(jié)果是，氫以純產(chǎn)品流的形式生產(chǎn)，無需對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行昂貴的分離。這項(xiàng)研究由英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)領(lǐng)導(dǎo)，由杜倫大學(xué)、愛丁堡大學(xué)和法國(guó)歐洲同步加速器輻射設(shè)施的專家參與，由工程和物理科學(xué)研究理事會(huì)(EPSRC)資助。

紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)化學(xué)工程教授、主要作者伊恩·梅特卡夫教授說：化學(xué)變化通常是通過多種反應(yīng)物混合在一起并加熱混合反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。但是這導(dǎo)致了損失，反應(yīng)物的不完全轉(zhuǎn)化和最終需要分離的產(chǎn)物的混合物。有了氫記憶反應(yīng)堆，可以生產(chǎn)出純凈的、分離的產(chǎn)品，你可以稱它為完美的反應(yīng)堆。

宇宙中最豐富的元素（氫）

氫是宇宙中最豐富的元素，通過水分子的分裂，向可再生能源的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了所謂的“綠色氫”增加。氫是一種清潔而有用的能源，可以用作燃料、發(fā)電，還可以通過天然氣網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存和運(yùn)輸。所有的過程（無論是化學(xué)、機(jī)械的還是電子的）在熱力學(xué)上都是不可逆的，如果沒有這些過程，效率就會(huì)降低。

這意味著，在傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)器中，當(dāng)氫被生產(chǎn)出來時(shí)，它需要與其他產(chǎn)品分離，這是一個(gè)既昂貴又往往能源密集型的過程。在描述新系統(tǒng)時(shí)，該團(tuán)隊(duì)展示了一個(gè)化學(xué)反應(yīng)器，該反應(yīng)器首次能夠接近熱力學(xué)可逆操作。水和一氧化碳反應(yīng)生成氫氣和二氧化碳，該系統(tǒng)還可以防止碳以一氧化碳或二氧化碳的形式進(jìn)入氫氣生產(chǎn)流程，從而避免產(chǎn)品受到污染。

研究小組將儲(chǔ)層“翻轉(zhuǎn)”得有點(diǎn)像開關(guān)，顯示出在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換是可能的，這樣，二氧化碳和氫氣就可以作為純產(chǎn)物在反應(yīng)堆的兩端產(chǎn)生。梅特卡夫教授補(bǔ)充說：傳統(tǒng)的氫生產(chǎn)需要兩個(gè)反應(yīng)器和一個(gè)分離裝置，而我們的反應(yīng)器在一個(gè)單元內(nèi)完成所有步驟。當(dāng)我們用氫演示這個(gè)概念時(shí)，記憶反應(yīng)器的概念也可以應(yīng)用到其他過程中。

研究/來自：紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)

參考期刊《自然化學(xué)》

DOI：10.1038 / s41557-019-0273-2