劍橋大學創造了一種反應堆，可回收99%的氣體以生產清潔氫氣和無CO2的碳納米管

劍橋大學的一組研究人員通過使用多次循環反應堆在生產氫氣和碳納米管方麵實現了446倍的效率提升。

在一個溫度達到1300°C的熱解反應堆內，稀釋的甲烷不再僅僅是化石氣體，而是變成了兩種戰略性產品：氫氣和碳納米管。沒有燃燒，也沒有二氧化碳作為副產品。隻有經過精細調控的化學反應和一個關鍵的思路：重複利用氣體，直到幾乎完全消耗掉它。

在zai此ci次ci研yan究jiu中zhong

，劍jian橋qiao大da學xue的de研yan究jiu人ren員yuan展zhan示shi了le在zai反fan應ying堆dui內nei部bu關guan閉bi甲jia烷wan循xun環huan的de可ke能neng性xing，從cong而er實shi現xian了le比bi現xian有you係xi統tong更geng高gao的de轉zhuan化hua率lv，為wei能neng源yuan轉zhuan型xing和he先xian進jin材cai料liao經jing濟ji開kai辟pi了le一yi個ge有you趣qu的de路lu徑jing。

突破的關鍵在於對一種已有工藝——浮動催化劑化學氣相沉積（FCCVD）方法的改進。傳統上，這種方法用於生產高質量的碳納米管，這些碳納米管在鋰離子電池、電子產品或複合材料中需求旺盛。一直以來的問題是：效率低下。

在(zai)傳(chuan)統(tong)係(xi)統(tong)中(zhong)，甲(jia)烷(wan)隻(zhi)經(jing)過(guo)反(fan)應(ying)堆(dui)一(yi)次(ci)。未(wei)反(fan)應(ying)的(de)部(bu)分(fen)會(hui)被(bei)浪(lang)費(fei)掉(diao)。此(ci)外(wai)，還(hai)需(xu)要(yao)外(wai)部(bu)氫(qing)氣(qi)來(lai)防(fang)止(zhi)產(chan)生(sheng)煤(mei)煙(yan)，這(zhe)使(shi)得(de)該(gai)過(guo)程(cheng)更(geng)加(jia)昂(ang)貴(gui)和(he)複(fu)雜(za)。大(da)量(liang)氣(qi)體(ti)進(jin)入(ru)，真(zhen)正(zheng)有(you)用(yong)的(de)卻(que)很(hen)少(shao)。

劍jian橋qiao團tuan隊dui決jue定ding改gai變bian這zhe一yi邏luo輯ji。他ta們men設she計ji了le一yi個ge多duo次ci循xun環huan的de閉bi環huan係xi統tong
，而er不bu是shi單dan次ci循xun環huan係xi統tong。氣qi體ti在zai反fan應ying堆dui中zhong反fan複fu循xun環huan
，直zhi到dao甲jia烷wan幾ji乎hu被bei完wan全quan消xiao耗hao掉diao。生sheng成cheng的de氫qing氣qi會hui在zai係xi統tong內nei部bu重zhong新xin利li用yong，從cong而er不bu再zai需xu要yao外wai部bu輸shu入ru。

碳納米管（CNTs）和氫氣的生產

甲烷熱解反應並不新鮮。它是通過高溫分解甲烷（CH₄）來獲得固體碳和氣態氫氣。通常它被視為一種生產氫氣的次要途徑，產量也很有限。

這(zhe)裏(li)發(fa)生(sheng)的(de)事(shi)情(qing)卻(que)有(you)所(suo)不(bu)同(tong)。碳(tan)並(bing)沒(mei)有(you)以(yi)任(ren)何(he)形(xing)式(shi)沉(chen)積(ji)
，而(er)是(shi)以(yi)長(chang)而(er)結(jie)構(gou)良(liang)好(hao)的(de)納(na)米(mi)管(guan)形(xing)式(shi)出(chu)現(xian)
，具(ju)有(you)很(hen)高(gao)的(de)工(gong)業(ye)價(jia)值(zhi)。而(er)氫(qing)氣(qi)也(ye)不(bu)再(zai)是(shi)幾(ji)乎(hu)微(wei)不(bu)足(zu)道(dao)的(de)副(fu)產(chan)品(pin)
，而(er)是(shi)成(cheng)為(wei)了(le)一(yi)個(ge)連(lian)續(xu)且(qie)可(ke)用(yong)的(de)流(liu)動(dong)產(chan)物(wu)。

該(gai)係(xi)統(tong)即(ji)使(shi)在(zai)輸(shu)入(ru)氣(qi)體(ti)中(zhong)含(han)有(you)甲(jia)烷(wan)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)時(shi)也(ye)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，這(zhe)種(zhong)混(hun)合(he)氣(qi)體(ti)與(yu)生(sheng)物(wu)氣(qi)廠(chang)排(pai)出(chu)的(de)氣(qi)體(ti)相(xiang)似(si)。這(zhe)個(ge)細(xi)節(jie)並(bing)不(bu)小(xiao)。它(ta)表(biao)明(ming)，這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)與(yu)現(xian)有(you)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)
，而(er)不(bu)必(bi)完(wan)全(quan)依(yi)賴(lai)純(chun)化(hua)石(shi)氣(qi)體(ti)。

多步驟甲烷熱解

反應堆的工作原理既簡單又持續。在每次通過高溫區後，大約1%的氣體被提取出來
，分離出氫氣並收集沉積下來的納米管，形成網狀物。其餘的氣體會返回反應堆中。如此反複。

這種內部回收大大減少了廢棄物
，並完全改變了過程的整體效率。與單次循環反應堆相比，團隊觀察到碳產量提高了8.7倍，摩爾效率（反映了多少氣體分子實際上被利用）提高了400倍以上。

效率提升

為了測試這一技術是否能夠超越實驗室，研究人員將來自工業工廠的實際數據輸入到計算模型中。結果是一致的：多步驟設計能夠將約75%的氣體轉化為有用的產品，生成的納米管和氫氣大致以3:1的比例產生。

這(zhe)並(bing)不(bu)是(shi)誇(kua)大(da)其(qi)詞(ci)。它(ta)是(shi)基(ji)於(yu)真(zhen)實(shi)工(gong)業(ye)條(tiao)件(jian)的(de)保(bao)守(shou)估(gu)計(ji)。即(ji)便(bian)如(ru)此(ci)，它(ta)相(xiang)比(bi)當(dang)前(qian)通(tong)過(guo)甲(jia)烷(wan)生(sheng)產(chan)氫(qing)氣(qi)的(de)技(ji)術(shu)，如(ru)蒸(zheng)汽(qi)重(zhong)整(zheng)
，仍(reng)代(dai)表(biao)了(le)一(yi)個(ge)顯(xian)著(zhu)的(de)飛(fei)躍(yue)，因(yin)為(wei)後(hou)者(zhe)仍(reng)會(hui)生(sheng)成(cheng)一(yi)氧(yang)化(hua)碳(tan)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。

這種類型的反應堆不會單獨解決氣候危機。但它非常適合於一個更加混合和務實的能源未來，在這種未來中，並非一切都依賴於單一的“奇跡解決方案”。

它ta可ke以yi在zai短duan期qi和he中zhong期qi內nei用yong於yu減jian少shao氫qing氣qi生sheng產chan中zhong的de碳tan排pai放fang
，同tong時shi部bu署shu完wan全quan可ke再zai生sheng的de替ti代dai方fang案an。它ta還hai可ke以yi加jia強qiang關guan鍵jian電dian池chi材cai料liao的de供gong應ying鏈lian，減jian少shao外wai部bu依yi賴lai。它ta可ke以yi與yu生sheng物wu氣qi工gong廠chang、農業或工業廢料結合使用，關閉目前被浪費的循環。

這不是一個技術烏托邦。這是一個具體、可衡量且可複製的改進。那種不張揚卻能逐漸改變規則的改進。有時候
，這恰恰是最需要的。

翻譯人：沈亞皓

來源：https://fuelcellsworks.com/2025/12/29/energy-innovation/the-university-of-cambridge-creates-a-reactor-that-recycles-99-percent-of-the-gas-to-produce-clean-hydrogen-and-co2-free-carbon-nanotubes