碳中和时代，绿氢对于社会很多方面的可持续发展具有重要意义。然而，由于电解水制备绿氢成本高，所得绿氢的实际产能还非常有限；同时由于CO2储存等难题，由传统方法转化所得灰氢变为蓝氢的产能也非常有限。国际上有将甲烷在无氧条件下裂解生成“绿松石氢”与碳材料的概念。但由于甲烷裂解能耗大，催化剂易失活，因而尚未得到大规模推广。

近日，清华大学化工系骞伟中、崔超婕团队提出了一种新的“翡翠绿氢”的新概念，其实质是通过不同的烃类进行复配，在无氧、高温条件下催化裂解时，达到一种接近既不吸热、也不放热的转化生成氢气与碳材料的状态。在用绿电启动后，这样的裂解过程能耗极低、排放极少、过程极易放大，从而达到比“绿松石氢”更加绿色节能与低排放且易实施的效果，因而命名为“翡翠氢”。

具体过程中，团队选择了石化工业大量生产的“催化柴油”（也叫轻质循环油）作为原料。该原料由直链烷烃、环烷烃、烯烃、单环芳烃及多环芳烃等组成，有的组分裂解为吸热反应，有的组分裂解为放热反应，进行比例调配可达到不吸热与不放热的转化状态。用纳米铁基催化剂在700℃-750℃直接催化分解催化柴油，几乎可以实现完全转化。生成的气体中H2与甲烷及气态烃产物的选择性之比（定义为绿色指数，Green Index，简写为GI）最高可达42，12小时内平均GI值超过25。该GI值远高于文献中乙烷、液化气、戊烷或其他碳源裂解所得的GI值，因而体现出极高的绿氢选择性。研究同时与电解水、甲烷水蒸气转化，煤气化、乙烷脱氢、丙烷脱氢等过程进行了转化温度的苛刻度，生成单位摩尔氢气的能耗等指标进行了对比，“翡翠绿氢”技术均具有综合性优势。考虑到碳排放量可以由碳纳米管产品分担，该技术的碳足迹远低于灰氢、蓝氢和其他脱氢技术，有望实现净零碳或负碳效应。另外，研究还讨论了该流化床反应器与电解水的碱性电解槽的放大问题。流化床装置（在没有高温工程供热苛刻难题限制后）具有显著的放大优势。

该技术的意义还在于，提出了一种潜在的催化柴油高质量转化与利用的新途径，契合了当前新能源电动车发展与大规模基建完成后，催化柴油需求量萎缩的转型利用需求。由于催化柴油的现实产量巨大且具有密度高和易运输的优点，该方法制备的“翡翠氢气”有望作为一种清洁的分布式氢源，用以填补电解水的绿氢充分发展之前的巨大绿氢缺口。当然，催化柴油中存在易毒化催化剂的杂质，还需要持续技术攻关。该研究提出的新概念还可能适用于其他复配碳源，为“翡翠绿氢”的制备推开了一扇大门。

按照GI值从低到高排序的不同制氢路线

研究成果以“通过柴油催化分解高选择性制备‘翡翠氢’”（Highly Selective Production of“Jadeite Hydrogen”from the Catalytic Decomposition of Diesel）为题，于10月20日在线发表于《工程》（Engineering）。

清华大学化工系2019级博士生李博凡、2021级硕士生焦瑞敬为论文共同第一作者。清华大学化工系教授骞伟中、助理研究员崔超婕为论文共同通讯作者。

研究得到国家自然科学基金、清华大学-中国石油化工集团有限公司绿色化工联合研究院的支持。