Efficient hydrogen separation using proton-conducting ceramic membranes and electrochemical cells

使用质子传导陶瓷膜和电化学电池进行高效氢分离

基本信息

  • 批准号:
    2749539
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

To achieve energy-efficient and low-cost hydrogen separation using proton conducting ceramic membranes for hydrogen rich streams generated through reforming of natural gas as well as onsite purification of hydrogen close to the point of end use for dilute hydrogen streams distributed through natural gas pipelines using ceramic proton electrochemical cells (hydrogen pumps). Hydrogen plays a vital role in helping the UK meet its 2050 target of net-zero greenhouse gas emissions through decarbonisation of its energy system including electricity, transport and heating sectors. Most hydrogen used today is produced from fossil fuels (e.g., through steam reforming of natural gas, coal gasification). The product gases consist mainly of H2 and CO2, as well as other impurity gases such as CH4, and CO. Therefore energy-efficient and low-cost hydrogen separation constitutes a crucial process to more toward to hydrogen economy. Dense ceramic membranes made of mixed protonic-electronic conductors (MPECs) are capable of separating hydrogen from the gas mixtures with 100% selectivity, reduced energy penalty and cost compared to the well-established techniques such as the pressure swing adsorption technique. Ceramic proton conductors can also be used to fabricate electrochemical cells (hydrogen pumps) to obtain high purity hydrogen from dilute hydrogen streams when the existing hydrogen separation techniques become highly inefficient and costly. This is particularly important to facilitate distribution of hydrogen using existing natural gas pipelines. The ceramic proton electrochemical cells could enable extraction of high purity hydrogen from the natural gas blend with 10-20 vol% hydrogen close to the point of end use.
利用质子导电陶瓷膜实现能源效率和低成本的氢分离,用于天然气重整产生的富氢流,以及使用陶瓷质子电化学电池(氢泵)现场净化接近最终使用点的稀氢流通过天然气管道分配的稀氢流。氢气在帮助英国实现2050年温室气体净零排放目标方面发挥着至关重要的作用,这一目标是通过对包括电力、交通和供暖部门在内的能源系统进行脱碳实现的。今天使用的大多数氢气是从化石燃料中生产的(例如,通过天然气的水蒸气重整、煤炭气化)。产生的气体主要是H2和CO2,以及其他杂质气体,如CH4和CO。因此,高效、低成本的氢气分离是进一步走向氢经济的关键过程。由质子-电子混合导体(MPECs)制成的致密陶瓷膜能够以100%的选择性从混合气体中分离氢气,与成熟的变压吸附技术相比,降低了能源损失和成本。当现有的氢分离技术变得非常低效和昂贵时,陶瓷质子导体也可以用于制造电化学电池(氢泵),以从稀氢气流中获得高纯度氢。这对于利用现有天然气管道促进氢的分配尤为重要。陶瓷质子电化学池可以从接近最终使用点的混合天然气中提取高纯度氢,其中氢的体积分数为10-20%。

项目成果

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