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正如联合国第26届气候变化峰会COP26刚刚证实的那样，氢对地球的脱碳至关重要。根据国际能源署(International Energy Agency)的说法，在我们追求净零碳排放的过程中，未来30年的需求应该会增加6倍。
三菱重工美国公司新业务发展副总裁Ricky Sakai说:“全球氢市场在过去40年里发展迅速，但我们需要所有参与者的合作来完善氢价值链。”
现在氢的问题是什么?历史上，大规模生产氢气最广泛使用的生产方法——蒸汽-甲烷重整法，加剧了我们需要解决的问题——它产生的副产品二氧化碳(CO2)是氢气的10倍。
一个潜在的解决方案是对传统甲烷热解进行创新改造。将甲烷加热到很高的温度会分解它，产生氢气和固体碳。关键是要使这一过程足够高效，在规模上足够经济。“这不需要任何新科学——它只是一个阻碍和解决化学工程问题的方法，”扎克·琼斯说，他是C-Zero的联合创始人和首席执行官，C-Zero是加州圣巴巴拉的一家硬技术初创公司，急于扩大其专有的甲烷热解工艺。
C-Zero的解决方案就像“反向开采煤矿”——它将天然气脱碳，产生清洁的氢，并将产生的固体碳埋在地下。
Jones的公司和它的技术震惊了新业务开发团队，认为这是MHI集团的一个有前途的投资机会，该集团的目标是将各种脱碳方法商业化。C-Zero的方法可以使天然气生产商、分销商和消费者继续在脱碳的世界中运营，同时帮助他们实现净零承诺。
琼斯说，可以把这家初创公司的过程想象成“一座反向开采的煤矿”:C-Zero将天然气脱碳，生产清洁的氢，并将产生的固体碳埋在地下。
改变游戏规则的液体催化剂
该团队正在重新考虑甲烷热解，因为两个趋势趋同:全球对二氧化碳水平上升的担忧和廉价天然气的充足供应。他们共同提供了利用甲烷热解相对于电解(最常见的低碳/零碳制氢方法)的显著优势的潜力——每单位氢只消耗大约13%的能量。
提高的效率引起了埃里克·麦克法兰的注意，他是加州大学圣巴巴拉分校的一位具有创业精神的化学工程教授。甲烷热解是一个相对简单的过程，但尚未得到广泛应用。传统的方法是让甲烷流经加热的镍层，分离氢和碳。但由此产生的固体碳会堵塞镍的表面。镍的再生会产生新的二氧化碳。
麦克法兰推断，使用熔融催化剂可以解决这个问题。在液态状态下，催化剂不断地自我再生，因为没有碳的表面堆积和失活。其他产生不纯碳的工艺保留了该工艺的催化剂材料，降低了系统的效率，增加了成本。
提高效率，促进商业化
琼斯是一位虔诚的氢气拥护者。他驾驶一辆氢燃料电池汽车已有多年。2017年，他正在寻找可以投资的项目，偶然发现了麦克法兰写的一篇关于熔化催化剂突破的学术论文。琼斯飞往圣巴巴拉，希望为一家初创公司提供资金。相反，他和这位教授共同创立了C-Zero。
这家新兴公司专注于优化其甲烷热解方式，以尽可能高效地生产氢气。在系统中保留热量是关键，因为热损失会大大降低效率优势比电解。
“我们给很多潜在投资者打了电话，他们说，‘听着，没有人愿意为避免二氧化碳排放支付溢价。’(但如今)“他们中的一些人正积极地试图给我们提供资金。”-扎克·琼斯，C-Zero联合创始人兼首席执行官。
琼斯和麦克法兰打赌，对这一过程进行微调将使其更容易商业化，人们最终会足够关心减少二氧化碳排放，从而为更清洁的氢生产支付溢价。琼斯说:“我们给很多潜在投资者打了电话，他们说，‘听着，没有人愿意为避免二氧化碳排放而支付溢价。’”但如今，“他们中的一些人正积极地试图给我们提供资金。”
C-Zero目前正在建设一个试点工厂，将使目前的生产能力提高一个数量级以上。两位创始人预计，他们只需要几次技术迭代，就可以每天生产5到10吨氢气，他们认为这是最低效率规模。
解决方案随着市场的变化而变化
这项技术以多种方式融入新兴的氢价值链。在减排压力下，油气生产商获得了一个新的、非排放终端市场。勘探和生产公司可以在井口使用该技术，以避免短暂的甲烷排放。
对于像三菱重工集团这样将燃气轮机转化为氢气驱动的公司来说，这一过程可以直接在涡轮机前面进行。C-Zero的氢产生热量，这实际上提高了涡轮机的效率。
更重要的是，在使用氢气的地方生产氢气，无需运输这种易燃、低密度的元素，从而消除了广泛采用的另一个障碍;相反，公司可以利用现有的基础设施运输天然气。无论在价值链中使用甲烷热解的哪个环节，其固体碳副产品都可以直接储存在地下，就像煤矿一样。
最终，这种热解方式降低了制氢成本。它可以随着需求的增加而扩大规模，为天然气创造一个零排放的市场，同时有可能在电力生产中取代天然气。该技术以多种方式融入氢价值链的灵活性使其能够适应市场的发展。
日本氢产业协会的Sakai说，随着氢产业的持续快速扩张，生产尽可能多、尽可能高效的氢的工艺肯定会受到需求。这是一条重要的、创新的脱碳之路。
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