近日，瓦尔登技术集团旗下城康团队在甲烷催化裂解制氢技术方面取得新突破，其自主研发的甲烷连续裂解工艺及甲烷裂解高效催化剂，实现了甲烷一步热解制备氢气和碳纳米材料。与高温热裂解法（1200℃）和熔融金属裂解法（900-1100℃）相比，通过自主研发的催化剂能够显著降低热解温度，在中高温下进行裂解反应（550~700 ℃），使含碳化合物在催化剂作用下裂解为碳原子，碳原子附着在催化剂微粒表面上生成多壁或单壁碳纳米管、碳纳米纤维等碳材料，甲烷单程转化率可达70-85%，氢气回收率可达95%，碳材料可控主要为碳纤维、碳纳米管结构，碳产率为100-120g C/gcat。单台设备甲烷处理量为350Nm3/h，每天可产氢气1000kg，产固体碳3600kg。与之相关的论文正在审核中。
瓦尔登技术集团以生态优先、绿色发展、减污降碳、协同治理为发展宗旨，积极围绕双碳战略和新型能源体系建设目标，致力于构建工业固废产业循环体系和城市固废产业循环体系，用工业固废制备新材料，用城市固废生产新能源，大力发展绿电、绿氢、绿碳产业，为推进我国经济社会高质量发展贡献创新力量。旗下五大业务品牌独立经营，独立发展，其中城康生态以利用资源化新技术实现绿氢、绿碳的生产制造，100%实现“物尽其用”，并致力于将此业务推向行业的又一新高潮。
图1 a催化剂A甲烷转化率、氢气选择性与裂解时间关系图
图b-1为催化剂外观，b-2为碳材料外观
图2 不同裂解条件下碳材料SEM形貌图
目前，业内制氢主要方式包括化石能源（煤和天然气）制氢、工业副产物制氢及电解水制氢。煤炭中含氢只有2%~5%，主要是用生产水煤气的方式产氢，同时伴生大量一氧化碳和二氧化碳。天然气制氢主要以甲烷蒸汽重整为主，与水反应生成氢气和二氧化碳，同样伴有大量二氧化碳的排放。生产1kg氢伴生的二氧化碳重量，煤制氢约为11kg，天然气制氢约为5.5-8kg，而甲烷蒸汽重整与碳捕获-封存技术（CCUS或CCS）相结合则氢气的生产成本会增加一至两倍。工业副产氢则集中于化工、冶金等领域，规模较大，技术相对成熟，但却面临污染大、制氢纯度低等瓶颈，同时其产能低，无法满足市场需求。电解水制氢是最绿色的制氢技术，但目前电解水制氢能耗较大，每制备1kg氢气要耗电约48度，制氢成本高达到30-40元/kg。由此可见，以环保、经济、安全、高效的方式实现氢能的供给成为制氢的研究方向，更是瓦尔登城康生态的重点发力点。
有机垃圾制绿氢、绿碳技术的整体工艺，以有机固废垃圾为原料，经过预处理、厌氧发酵制备得到沼气，再对沼气进行净化后利用高效催化剂催化裂解生产氢气，再将积聚在催化剂上的固体碳进行分离、纯化并进行出售，而金属前体则被重新回收合成新的催化剂应用于反应器中形成循环，同时实现绿氢的制备和二氧化碳零排放。高附加值的碳产物可以提高竞争性，纯化后碳产品具有尺寸小、比表面积大、低电阻率及高结构等优异性能，可用于导电或防静电塑料、电磁屏蔽材料以及锂电池导电剂等领域。该技术适于小型加氢站用氢需求，利用管路运输，减少氢气储运成本及运输风险。未来，随着燃料电池产业化应用与发展，该技术将有助于促进天然气就地绿色转换。
城康团队所攻克的“有机垃圾制绿氢、绿碳”技术主要具有以下优点：(1)原料为有机垃圾，在处置固废垃圾的同时，还完成了氢能生态培育工程；（2）裂解产物只有氢气和固体碳，制备过程二氧化碳零排放，无需再采取碳捕集工艺；（3）在理论上，热解生成1mol氢气只需37.43kJ能量，是传统甲烷蒸汽重整制氢能耗的60%、电解水制氢能耗的13%，所需能耗较低；（4）氢气纯度高，同时可以通过调节催化剂及热解条件来调控固体碳形貌；（5）固体碳具有优异的经济价值可出售获利，显著提高经济效益，增加技术竞争力。
生态优先、绿色发展是我国高质量发展的重要方向。瓦尔登技术集团旗下城康团队在甲烷催化裂解制氢技术方面所取得新突破，以绿碳、绿氢的方式为我国高质量发展提供了创新力量。未来，瓦尔登技术集团将坚持战略方向，保持战略定力，继续聚焦新能源、新材料、新装备等领域，不断创新开拓，积极发展，为推进中国式现代化进程作出新的贡献。
