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

當反應氣流沿著反應軌跡運動時，這個儲層被設計成與反應氣流保持接近平衡，從而保留了對其所處環(huán)境的“化學記憶”。其結果是，氫以純產(chǎn)品流的形式生產(chǎn)，無需對最終產(chǎn)品進行昂貴的分離。這項研究由英國紐卡斯爾大學領導，由杜倫大學、愛丁堡大學和法國歐洲同步加速器輻射設施的專家參與，由工程和物理科學研究理事會(EPSRC)資助。

紐卡斯爾大學化學工程教授、主要作者伊恩·梅特卡夫教授說：化學變化通常是通過多種反應物混合在一起并加熱混合反應來實現(xiàn)。但是這導致了損失，反應物的不完全轉(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)絡儲存和運輸。所有的過程（無論是化學、機械的還是電子的）在熱力學上都是不可逆的，如果沒有這些過程，效率就會降低。

這意味著，在傳統(tǒng)化學反應器中，當氫被生產(chǎn)出來時，它需要與其他產(chǎn)品分離，這是一個既昂貴又往往能源密集型的過程。在描述新系統(tǒng)時，該團隊展示了一個化學反應器，該反應器首次能夠接近熱力學可逆操作。水和一氧化碳反應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。

研究小組將儲層“翻轉(zhuǎn)”得有點像開關，顯示出在系統(tǒng)中實現(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)物在反應堆的兩端產(chǎn)生。梅特卡夫教授補充說：傳統(tǒng)的氫生產(chǎn)需要兩個反應器和一個分離裝置，而我們的反應器在一個單元內(nèi)完成所有步驟。當我們用氫演示這個概念時，記憶反應器的概念也可以應用到其他過程中。

研究/來自：紐卡斯爾大學

參考期刊《自然化學》

DOI：10.1038 / s41557-019-0273-2