碳达峰与碳中和的目标推动着我们对新能源进行深度开发利用。近期，随着各地陆续发布燃料电池产业规划，氢能概念站上风口，包括兰石重装、京城股份、龙泉股份、蓝科高新等上市公司接连收获涨停板，表现出沾上氢就上涨的关系。

氢能作为一种十分理想的替代能源，近年来备受关注。氢燃料电池汽车可以解决传统汽柴油车引起的一系列环境问题。从氢气的获取方式上来看，目前主要包括电解水制氢和甲醇重整制氢两条路径。氢气由于是可燃气体，具有压缩困难、存储条件苛刻、运输成本高等制约因素，高昂的储氢运氢成本及基础建设成本限制燃料电池发展。

甲醇常温下为液体，与高压储氢相比，甲醇是非常好的液体储氢、运氢载体，便于储存运输，系统无高温高压，运行更加安全可靠。甲醇重整制氢燃料电池实现氢气"即产即用”，更加经济、现实可行。同时，甲醇生产技术成熟，当前我国已是全球最大甲醇生产国。

在基础实施建设上，甲醇补给配套体系可以充分利用现有的加油站系统，将传统加油机的加注枪更换为甲醇加注枪即可，而且甲醇燃料加注时间短。加氢站造价极高，成本超过甲醇补给站的100倍。

据上海高等研究院透露，近日，中国科学院上海高等研究院工程科学团队在 3D 打印技术制备车载甲醇重整制氢催化剂研究中取得进展。

车载甲醇重整制氢可在不使用氢气作为直接原料的情况下为燃料电池汽车供氢，为降低其燃料储存成本和运输成本提供了有效路径。然而，传统催化剂机械强度低，在车辆高速运动过程中床层易破碎从而影响催化剂活性，需开发一种高机械强度，同时保持高催化活性的催化剂制备技术。

3D 打印制备甲醇重整制氢催化剂

据此，工程科学团队提出一种使用 3D 打印技术制备整体式催化剂，通过调控载体组成与煅烧温度，改进催化剂空间结构等策略，成功开发出了一种新型兼具高机械强度和高催化活性的 3D 打印催化剂制备方法。同时，开发了对金属离子在载体中的空间分布的定量分析方法，为后续新型整体式催化剂的开发提供了新思路。

(a)：DLP-3D 打印后的基底载体，(b)：浸渍干燥结晶后的样品，(c)：煅烧后的样品，(d)(e)：样品的 SEM 图像和原子力显微镜表面形貌

研究以光固化 3D 打印技术制备催化剂载体，结合低场核磁共振空间测试金属离子分布，分析了 3D 打印氧化铝多孔载体中机械强度、孔隙率与煅烧温度组成的关系，揭示了多孔载体中金属离子的扩散效应，同时开发了核磁成像定量测试金属离子分布技术。通过干燥结晶煅烧方法，成功在高机械强度氧化铝多孔载体上合成了铜锌片层结构活性组分层。通过改进氧化铝载体空间结构，从而提高传热与传质效率降低床层压降，进而提高甲醇重整反应催化效果。经过对反应参数的优化，单位质量催化剂氢气的时空产率达到 536 mol / kgcat / h，超过目前报道的大部分同类型催化剂。同时，催化剂机械强度高，径向压溃强度达 152.4 N / mm，是目前传统颗粒催化剂的 4 倍，可适应车载加速颠簸等情况使得该技术具有极高的商业应用意义。

(a) 3D打印氧化铝载体机械强度与吸水性，(b) 3D打印催化剂（SP-2, SP-1.5, BS-2-1）的时空产率与文献报道值的比较

研究有助于推动甲醇重整制氢技术在车载燃料电池、分布式能源终端等多领域的运用发展，并为新型整体式催化剂的开发提供了新路径，可作为一种普适的方法强化各类整体式催化剂的合成。

据了解，相关成果发表在 Journal of Energy Chemistry 上。研究得到中科院青年创新促进会、中科院科技网络服务计划、国家自然科学基金的资助。

2019年，工信部等八部委曾发布《在部分地区开展甲醇汽车应用的指导意见》，从政策上鼓励甲醇燃料汽车的发展，要求加快甲醇汽车科研成果转化及产业化应用。

随着甲醇制氢工艺和催化剂的不断改进，甲醇制氢的规模不断扩大，制氢成本也在不断降低，成为中小规模制氢的首选方案。据悉，2020年，甲醇制氢占甲醇总消费的5%左右，甲醇制氢的快速发展得益于部分炼化装置的加氢需求增加以及清洁能源政策的推广。今年以来，由于能源价格普遍高位，甲醇作为燃料的经济性凸显，甲醇燃料消费量级大幅增长，后续仍有较大提升空间。

目前，甲醇燃料电池正走上产业化发展道路。本月初，由中国船舶集团七一一所自主研发的甲醇重整制氢原理样机，在张江试验现场完成调试试验，解决了密闭空间燃料电池的安全高效用氢问题，具有重要的意义。

今年10月份，广西南宁"12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目”落地。10月28日，博氢新能源公司与南宁市良庆区人民政府签署《12GW甲醇重整氢燃料电池产业化项目战略合作框架意向协议》，项目总投资约90亿元，致力于打造国内首个甲醇重整氢燃料电池终端产品的全产业链，这对我国氢能及燃料电池汽车的发展具有重要推动。

原论文链接：《Highly controlled structured catalysts for on-board methanol reforming》

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