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摘要：氢作为一种新能源而备受关注，为了实现碳中和社会，需要利用可再生能源从水中制取“绿氢”。日本焦炭工业株式会社提出一种利用自研粉碎技术的新型制氢方法。

关键字：新型制氢方法、制氢装置、机械化学反应、绿氢、硅、SC磨机

什么是利用机械化学反应的制氢方法

一般来说，“绿氢”是通过电解水而制造的氢，电解水时使用的电力利用太阳能发电或风力发电等可再生能源。但是，目前的水电解法需要消耗大量的电力，因此需要大规模发电设备。

日本焦炭工业株式会社着眼于利用球磨机等介质搅拌型粉碎机制造氢的技术——“利用机械化学反应的制氢法”。该技术内容如下：通过球磨机等在碱水中粉碎硅、铁、铝等无机物，这些无机物在被粉碎的同时，在常温、常压下与水反应，从而生成大量的氢。水和无机物发生反应时，氧通过与无机物的氧化反应而几乎全部被消耗，因此会生成高纯度的氢气。

制氢原料

无机物中的硅会与水高效反应产生氢气。在半导体的制造工序和太阳能发电面板的制造工序中，会产生硅晶圆或多晶硅的边材、切削碎屑，但这些边角料大部分都被填埋处理，没有得到再利用。利用这些废弃的硅和水可以制造高纯度的氢。另外，太阳能发电面板的寿命大约为20~30年，可以预见在不久的将来，大量达到使用寿命的太阳能发电板会开始报废。太阳能发电面板的材料也是由硅制成的，因此可以用作制氢的原料。

在日本焦炭工业株式会社的实验中，经过两个小时的运行，1g硅粉大约可以生成1.6NL的氢气。两个小时后，继续有微量的氢气生成，由此可知对原料进行微粉碎后，有望获得更多的氢气。

制氢所需的电力

水电解法会消耗大量的电力。关于现在已经普及的碱性水电解装置，每制造1Nm³的氢气需要4~4.5kWh左右的电量，而且，如果供给的电力不稳定，氢气的纯度就会降低。因此，在大多数情况下，通过水电解法稳定制氢时需要大规模发电系统。

介质搅拌型粉碎机也需要驱动马达来运转，因此需要相应的电力。日本焦炭工业株式会社凭借多年积累的粉碎机技术和产品，能够以较低的电力高效地粉碎硅。例如日本焦炭工业的SC磨机，其长径比（槽长度/槽直径）非常小，约为普通磨机的1/3，通过具有独特内部结构的设计，实现了大流量循环处理、高能量效率、无泵化等其他公司的磨机不具备的特点。

分别在SC磨机和磨碎机中粉碎硅并生成氢的实验结果表明，SC磨机的粉碎效率高于磨碎机，因此可以以更低的电量制造氢气（根据原料硅的粒径和组成不同会有差异）。另外，在该实验中，SC磨机制氢消耗的电量约为水电解法的1/4。SC磨机有小型机和大型机，可以根据发电规模选择型号。

利用机械化学反应的制氢方法及装置