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天然氣重整是當(dāng)前全球氫能生產(chǎn)的主要技術(shù)路線。太陽(yáng)能天然氣熱化學(xué)制富氫燃料，將間歇、波動(dòng)、低能流密度的太陽(yáng)能以穩(wěn)定、高密度的燃料化學(xué)能形式存儲(chǔ)，有望實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與傳統(tǒng)天然氣熱化學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的有機(jī)結(jié)合，是太陽(yáng)能穩(wěn)定利用與低碳清潔燃料生產(chǎn)的重要途徑與研究熱點(diǎn)。但是，太陽(yáng)能天然氣熱化學(xué)受限于較高反應(yīng)溫度導(dǎo)致的較大聚光反應(yīng)耦合不可逆性，太陽(yáng)能制燃料效率難以滿足規(guī)?；瘧?yīng)用需求，制約著這一技術(shù)的發(fā)展。

針對(duì)太陽(yáng)能高溫、高不可逆性、低效熱化學(xué)轉(zhuǎn)化挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了太陽(yáng)能甲烷熱化學(xué)制燃料機(jī)理與方法研究。不同于傳統(tǒng)研究聚焦于太陽(yáng)能熱化學(xué)的能量“數(shù)量”轉(zhuǎn)化，該團(tuán)隊(duì)利用此前提出的聚光太陽(yáng)能能質(zhì)能勢(shì)理論，從能量的“質(zhì)”與“勢(shì)”出發(fā)，通過(guò)反應(yīng)解耦、路徑重構(gòu)等研究思路，提出了太陽(yáng)能甲烷分步轉(zhuǎn)化制燃料方法。反應(yīng)路徑的改善使太陽(yáng)能熱化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的能量與能質(zhì)重新分布，將反應(yīng)溫度從~900℃降低至~750℃，進(jìn)而降低了聚光反應(yīng)耦合不可逆損失。進(jìn)一步，該團(tuán)隊(duì)研制了10kW_th級(jí)太陽(yáng)能反應(yīng)器技術(shù)樣機(jī)，在超過(guò)11h的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)驗(yàn)下，H₂與CO的燃料選擇性接近100%，太陽(yáng)能到燃料轉(zhuǎn)化效率42.8%。

這一研究降低了太陽(yáng)能天然氣熱化學(xué)反應(yīng)溫度，提升了太陽(yáng)能到燃料轉(zhuǎn)化效率，為減小聚光鏡場(chǎng)面積與制燃料成本以及實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與傳統(tǒng)天然氣熱化學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)合提供了新的技術(shù)方案。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

太陽(yáng)能甲烷分步轉(zhuǎn)化制燃料方法