1公斤废气炼出3公斤超钢？英国实验室竟把天然气搓成钢筋

十大品牌 2025年12月28日 04:52 1 cc

本文为深度编译，仅供交流学习，不代表智子说观点

剑桥大学的科学家们开发出一种革新性的反应器，能够将天然气——这一主要由甲烷构成的常见能源——转化为两种极具价值的资源：清洁的氢燃料，以及重量极轻却强度远超钢铁的碳纳米管。

氢气被视为极具前景的绿色燃料，因为其燃烧完全，仅产生水蒸气而无二氧化碳排放。然而，目前的制氢主流工艺通常利用高压蒸汽分解气体分子，这一过程不可避免地会释放大量二氧化碳作为副产物。

为破除这一困境，剑桥团队致力于完善一项名为“甲烷热解”的技术。该技术旨在将甲烷转化为氢气和固体碳，且不产生二氧化碳。但遗憾的是，由于传统反应器对气体的浪费过多，此前尚未有人能高效完成这一过程以实现大规模应用。

多通道反应器

科学家们通过构建多通道反应器攻克了这一难题，详见发表于《自然能源》期刊的一篇论文。该反应器不再让气体仅单次通过系统——这会导致大量浪费和能量损耗——而是不断循环回收未利用的气体。甲烷持续通过高温反应器，直至大部分转化为氢气和碳纳米管气凝胶。

通过闭环系统的运行模式，该反应器将材料浪费降至最低。与单通道反应器相比，这种方法在性能上实现了质的飞跃，正如研究人员在论文中所报告的那样：“多通道反应器在碳产量方面提高了8.7倍，在摩尔过程效率（即系统利用每一个气体分子的效率）方面更是惊人地提高了446倍。”

尽管本项研究目前基于实验室规模的反应器进行，但为了探究多通道系统在现实世界中的表现，研究人员运行了一个专为工业用途设计的更大版本的计算机模型。他们结合了来自真实商业工厂的数据，力求模拟尽可能精准。

团队发现，该循环设计能将进入系统的75%气体转化为有用资源，并以3:1的质量比生产碳纳米管和氢气。换言之，该系统每成功将4千克甲烷转化为有用资源，就会产出3千克纳米管和1千克氢气。

这一过程不仅能为建筑行业提供更坚固、更可持续的材料，还能为人类的能源需求提供海量的清洁燃料。但在这一愿景实现之前，仍有许多开发工作尚待完成。正如研究人员所指出的那样：“这一过程具备减少温室气体排放的潜力，但要大规模应用这项技术，前方仍需大量的开发工作铺路。”

本文由保罗·阿诺德撰写，加比·克拉克编辑，罗伯特·伊根负责事实核查和审阅。

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