氢能作为一种优秀的能源载体，具有高效、清洁、可持续等特点，是一种重要的零碳能源，得到了广泛关注。绿色、低碳、经济的规模化制氢技术是实现氢能经济的重要前提，热化学循环制氢通过封闭的化学反应循环，直接由热实现水分解制氢，具有广阔的发展前景。介绍了热化学硫碘循环制氢技术的基本原理，综述了近年来国内外研究团队在Bunsen反应、浓缩与纯化、H2SO4催化分解、HI催化分解、系统搭建、多种热源匹配设计等方面的最新研究进展。
这是《洁净煤技术》2060碳中和的第18篇文章，欢迎下载、引用。
热化学硫碘循环水分解制氢研究进展
王智化1，曾俊杰1，何勇1，李明阳2，王晓丁2
1.浙江大学 能源高效清洁利用全国重点实验室
2.东方电气股份有限公司
1）对当前热化学硫碘循环水分解制氢研究中的最新进展进行了综述，并对研究现状和难点进行了总结分析。
2）概述了当前世界各国搭建的中试循环试验系统、流程及运行情况。
3）对耦合第四代核能堆的热化学硫碘循环制氢系统进行了全面的经济、环保和安全分析。
研究背景
在全球气候变化、碳中和的大背景下，传统能源结构的绿色、低碳转型势在必行。氢能因其高效、清洁、可持续等特点，被认为是未来能源不可或缺的重要组成部分。目前主流的制氢方法包括化石能源制氢、电解水制氢、工业副产氢、生物质制氢等技术，但在碳排放、效率、成本等方面各有不足，迫切需要发展经济、高效的绿氢制造技术。
研究内容
介绍了热化学硫碘循环制氢技术的基本原理和反应过程，综述了近年来国内外研究团队在热化学硫碘循环水分解制氢方面的最新研究进展，并总结对比了各国已建立的硫碘循环中试试验系统，介绍了核能耦合硫碘循环制氢的流程设计。最后，从经济、环保和安全等方面对当前核能耦合硫碘制氢技术进行了分析讨论，为未来的基础研究和技术发展提供参考。
研究结论
1）硫碘循环基础研究方面：对于Bunsen反应，传统方法需加入过量的碘和水，使后续处理过程复杂，寻求一种HI超恒沸溶液生产条件、高效的HI/H2SO4液液分离方法至关重要。对于H2SO4分解和HI分解部分，未来主要研究方向集中在稳定、高效、低成本催化剂的开发。
2）硫碘循环中试及工业系统：H2SO4、HI等强酸在高温条件下具有强腐蚀性，对材料的耐高温、耐腐蚀性能提出了极为苛刻的要求。目前迫切需要开发由工业结构材料制成的耐腐蚀和耐热系统，兼顾成本及材料的加工性能，探究各模块的物料、能量动态匹配特性，以实现系统的长期稳定运行。
3）耦合第四代核堆热源的硫碘循环流程设计：耦合系统的复杂性导致流程换热网络的优化难度加大，后续需对流程进行进一步的理论模拟和优化设计，寻找最合适的耦合流程。
图1 热化学硫碘循环水分解原理
图2 浙江大学的5 m3/h中试制氢系统
引用格式：
王智化,曾俊杰,何勇,等.热化学硫碘循环水分解制氢研究进展[J].洁净煤技术,2023,29(11):1-24.
WANG Zhihua,ZENG Junjie,HE Yong,et al.Research progress of thermochemical sulfur-iodine cycle water decompositionfor hydrogen production[J].Clean Coal Technology,2023,29(11):1-24.
通讯作者
王智化，男，1977年3月出生，浙江大学求是特聘教授，博士生导师，2021年入选国家自然科学基金杰出青年基金，2014年入选国家自然科学基金优秀青年基金、2015年入选中组部“万人计划”青年拔尖人才，2005年毕业于浙江大学工程热物理专业获博士学位，博士论文获全国优秀博士学位论文提名。现任能源高效清洁利用全国重点实验室副主任，主要从事零碳氢/氨燃料的清洁高效燃烧、激光燃烧诊断、热化学制氢等方面的研究工作。发表SCI收录论文220多篇，他引8000+次，H Index 48，Springer出版英文专著1部、科学出版社、化学工业出版社出版中文专著2部。获国家科学技术进步二等奖1项、国家科技创新团队奖1项、浙江省技术发明二等奖1项、发明专利20余项，其中浙江省专利金奖1项。
作者简介
曾俊杰，男，1999年10月出生，现就读于浙江大学，博士研究生。主要从事新能源热化学制氢方面的研究。
何勇，男，1985年10月出生，浙江大学教授，博士生导师，求是青年学者，浙江省杰出青年基金获得者。现任职于浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室，主要从事热化学制氢及激光燃烧诊断的基础和应用研究。作为项目负责人承担国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、浙江省自然科学基金、企业合作项目等10余项。以第一/通讯作者发表学术论文40余篇，出版中文专著2部，授权国家发明专利14项。获浙江省自然科学一等奖，浙江省技术发明二等奖，中国动力工程学会青年科技奖各1项。
李明阳，男，1991年9月出生，现任东方电气股份有限公司核设备设计所设计员，博士在读，工程师，长期从事核能设备相关的研究设计工作。
王晓丁，男，1983年2月出生，现任东方电气股份有限公司核设备设计所副主任，工学博士，正高级工程师，四川省学术和技术带头人后备人选。发表期刊论文18篇，拥有发明专利6项。曾获得中国东方电气集团有限公司科技成果一等奖1项、二等奖2项、三等奖2项。
所在实验室为能源高效清洁利用全国重点实验室，实验室面向煤炭高效清洁利用的国家重大需求，聚焦煤炭燃烧过程低碳、高效、清洁及资源化的关键科技问题。课题组重点开展零碳氢氨燃料燃烧、燃烧污染物控制及热化学制氢等方面的研究工作。
