德国罗斯托克应用研究所（LIKAT）与OxFa公司近日宣布，成功开发出基于生物来源甲酸的连续制氢工艺。该方案通过改性钌基催化剂配合胺类添加剂，在巴伐利亚试点工厂实现超820小时稳定运行，累计产氢约30立方米，已提交专利申请。
德国生物质研究中心（DBFZ）评估显示，仅德国境内每年就有约3100万吨干物质生物质处于未开发状态，涵盖木质废料、湿法发酵原料及有机废弃物等。传统“生物质-甲酸-氢气”（BFH）工艺通常需将生物质转化为高浓度甲酸后再进行催化分解，但实际生产中甲酸溶液往往含水率高、伴生杂质多。LIKAT负责人Henrik Junge博士指出，底物浓度偏低会显著抑制催化反应速率，而现有工业流程高度依赖多级蒸馏提纯，不仅能耗居高不下，还会增加设备腐蚀风险。如何在避免复杂纯化步骤的前提下处理低浓度生物甲酸，成为该技术攻关的核心痛点。
双相体系破解稀释难题
针对稀释效应与传质瓶颈，研究团队对文献报道的钌络合物进行了配体修饰，并引入特定结构的胺类物质作为反应促进剂。实验室测试表明，胺添加剂能有效降低反应活化能，提升底物与金属中心的接触频率。由于生物甲酸直接来源于湿法生物质水解或发酵后处理，其水含量波动剧烈，连续反应器必须在不流失活性组分和助剂的情况下实现选择性脱水。研发团队最终确立了双应架构：有机相富集钌催化剂与胺助剂，水相则承载初始甲酸进料。两相界面处的传质效率决定了反应进程，这对化工过程控制提出了要求。
在实际流体动力学设计中，需通过调整搅拌转速或静态混合器间距来优化液滴粒径，确保甲酸分子能高效跨越相界进入有机相完成脱氢反应，避免过度剪切导致催化剂颗粒破碎。在OxFa位于巴伐利亚的中试装置中，该工艺未经任何额外净化直接投料，连续运行820小时后仍保持平稳输出，总产氢量达30立方米。Junge博士强调，新型催化剂的瞬时活性略低于部分商用体系，但其对甲酸水含量的容忍度显著提升，可在5%至99%的宽浓度区间内稳定工作。系统仅需维持65摄氏度的温和工况，即可实现接近百分之百的原子利用率。
温和工况适配低碳能源场景
除甲醇与乙醇外，甲酸正逐步确立其作为氢能化学载体与储存介质的地位。该工艺在常压或低压条件下即可完成催化脱氢，释放的高纯度氢气可直接对接下游用氢单元。65摄氏度的反应温度恰好覆盖低温质子交换膜燃料电池的工作区间，使得甲酸储氢罐与车载供氢模块能够实现热管理协同。结合德国联邦经济与气候保护部下属机构的资金支持导向，此类分布式制氢方案有望纳入区域微电网与工业余热回收网络，为偏远地区或离网设施提供模块化供氢能力。
相较于传统天然气重整路线，该路径的全生命周期碳排放显著降低，更符合欧盟碳边境调节机制（CBAM）对绿色燃料的认证标准。连续运行期间，双相分离器需实时调节液位差，防止水相夹带有机相导致催化剂流失。针对长期运行的结垢风险，工艺回路中应设置在线浊度监测与反冲洗接口，以维持换热面清洁度。这种低能耗、抗波动的特性，大幅降低了连续化生产的运维门槛，避免了高温高压带来的材料应力疲劳。
对于国内氢能装备制造商与工程集成商而言，该技术的核心参考价值在于催化剂的抗水性能与双相流控设计。当前国内甲酸重整制氢项目多依赖进口贵金属催化剂，且对进料纯度要求严苛，导致预处理设备投资占比过高。采购选型时可重点关注钌系催化剂的寿命衰减曲线及胺添加剂的循环损耗率，评估是否具备本土化合成条件。若配套渗透汽化膜或分子筛脱水单元，可进一步压缩系统占地与蒸汽消耗，提升整体经济性。双应器的内部构件材质需耐受弱酸性环境，建议优先考察哈氏合金或特种陶瓷涂层的耐腐蚀数据，以延长检修周期。外贸渠道方面，可跟踪德国相关专利的授权动态，提前布局钌基非均相催化剂的替代研发，规避未来可能的供应链壁垒。