太阳能天然气热化学制燃料研究获进展

　　作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心，建院以来，中国科学院时刻牢记使命，与科学共进，与祖国同行，以国家富强、人民幸福为己任，人才辈出，硕果累累，为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

　　中国科学院院级科技专项体系包括战略性先导科技专项、重点部署科研专项、科技人才专项、科技合作专项、科技平台专项5类一级专项，实行分类定位、分级管理。

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　　中国科学技术大学（简称“中国科大”）于1958年由中国科学院创建于北京，1970年学校迁至安徽省合肥市。中国科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针，是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

　　中国科学院大学（简称“国科大”）始建于1978年，其前身为中国科学院研究生院，2012年经教育部批准更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学方针，与中国科学院直属研究机构（包括所、院、台、中心等），在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面高度融合，是一所以研究生教育为主的独具特色的高等学校。

　　上海科技大学（简称“上科大”），由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设，由上海市人民政府主管，2013年经教育部正式批准。上科大致力于服务国家经济社会发展战略，培养科技创新创业人才，努力建设一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

　　天然气重整是当前全球氢能生产的主要技术路线。太阳能天然气热化学制富氢燃料，将间歇、波动、低能流密度的太阳能以稳定、高密度的燃料化学能形式存储，有望实现太阳能与传统天然气热化学基础设施的有机结合，是太阳能稳定利用与低碳清洁燃料生产的重要途径与研究热点。但是，太阳能天然气热化学受限于较高反应温度导致的较大聚光反应耦合不可逆性，太阳能制燃料效率难以满足规模化应用需求，制约着这一技术的发展。

　　针对太阳能高温、高不可逆性、低效热化学转化挑战，中国科学院工程热物理研究所科研团队开展了太阳能甲烷热化学制燃料机理与方法研究。不同于传统研究聚焦于太阳能热化学的能量“数量”转化，该团队利用此前提出的聚光太阳能能质能势理论，从能量的“质”与“势”出发，通过反应解耦、路径重构等研究思路，提出了太阳能甲烷分步转化制燃料方法。反应路径的改善使太阳能热化学转化过程中的能量与能质重新分布，将反应温度从~900℃降低至~750℃，进而降低了聚光反应耦合不可逆损失。进一步，该团队研制了10kWth级太阳能反应器技术样机，在超过11h的长周期稳定运行实验下，H2与CO的燃料选择性接近100%，太阳能到燃料转化效率42.8%。

　　这一研究降低了太阳能天然气热化学反应温度，提升了太阳能到燃料转化效率，为减小聚光镜场面积与制燃料成本以及实现太阳能与传统天然气热化学基础设施的结合提供了新的技术方案。

　　相关研究成果发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。

　　天然气重整是当前全球氢能生产的主要技术路线。太阳能天然气热化学制富氢燃料，将间歇、波动、低能流密度的太阳能以稳定、高密度的燃料化学能形式存储，有望实现太阳能与传统天然气热化学基础设施的有机结合，是太阳能稳定利用与低碳清洁燃料生产的重要途径与研究热点。但是，太阳能天然气热化学受限于较高反应温度导致的较大聚光反应耦合不可逆性，太阳能制燃料效率难以满足规模化应用需求，制约着这一技术的发展。针对太阳能高温、高不可逆性、低效热化学转化挑战，中国科学院工程热物理研究所科研团队开展了太阳能甲烷热化学制燃料机理与方法研究。不同于传统研究聚焦于太阳能热化学的能量“数量”转化，该团队利用此前提出的聚光太阳能能质能势理论，从能量的“质”与“势”出发，通过反应解耦、路径重构等研究思路，提出了太阳能甲烷分步转化制燃料方法。反应路径的改善使太阳能热化学转化过程中的能量与能质重新分布，将反应温度从~900℃降低至~750℃，进而降低了聚光反应耦合不可逆损失。进一步，该团队研制了10kWth级太阳能反应器技术样机，在超过11h的长周期稳定运行实验下，H2与CO的燃料选择性接近100%，太阳能到燃料转化效率42.8%。这一研究降低了太阳能天然气热化学反应温度，提升了太阳能到燃料转化效率，为减小聚光镜场面积与制燃料成本以及实现太阳能与传统天然气热化学基础设施的结合提供了新的技术方案。相关研究成果发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。太阳能甲烷分步转化制燃料方法