中国工业报记者  张楠

每产出1公斤氢气伴随9至12公斤二氧化碳排放，是天然气水蒸气重整制氢这条工业主流路线长期面临的碳减排难题。如何延续天然气制氢投资少、产能大、可复用现有基础设施的优势，同时破解高碳排放痛点？国内深耕碳纳米管领域二十余年的研发团队给出了工程化思路：调整甲烷转化路径，通过直接裂解制取氢气，将碳元素定向转化为锂电池级碳纳米管，实现碳资源高值化利用。

记者获悉，由赵社涛团队创立的赢纳材料科技（镇江）有限公司（以下简称“赢纳材料”），基于其专利技术CN218755016，已在天然气（或纯甲烷）催化裂解制氢联产高质量碳纳米管方向上完成从催化剂、工艺到大型化装备的系统性攻关。当前，单台反应器年产1000-10000吨氢气的工业化技术方案，已完成技术储备、经济性测算与工程化落地准备，为千万吨级低成本低碳氢气的规模化生产开辟了全新技术路径。

从末端减碳到源头零碳

长期以来，工业制氢降碳多依托末端治理、碳捕集等被动减碳方式，不仅改造成本高，且难以从根本上消除碳排放。在此背景下，反应机理的底层革新，成为突破传统制氢技术瓶颈的关键。相较于传统制氢工艺，天然气催化裂解联产技术实现了反应机理的根本性革新。

传统天然气水蒸气重整制氢依托甲烷与水蒸气重整反应产氢，原料中碳元素最终以二氧化碳形式排放，属于典型的“产氢排碳”模式，无法从根源规避碳排放。而天然气直接裂解工艺摒弃传统反应路径，以天然气、高纯甲烷为原料，在专用分子级催化剂体系作用下实现定向裂解，反应产物仅为氢气与固体碳材料，全程无二氧化碳、一氧化碳等温室气体产生，是典型的原子经济性清洁反应体系，从工艺源头实现制氢零碳排。

赢纳材料总经理赵社涛向记者介绍，依托公司核心专利CN218755016，该技术可以实现天然气裂解制氢过程中，含甲烷尾气的循环利用，从而实现天然气的近100%循环利用，有效降低原料损耗与生产成本。

全球范围内，天然气裂解制氢被视作极具潜力的低碳技术方向，但产业化落地始终受制于碳产物低效化难题。目前，国内外多家机构布局天然气裂解制氢技术研发，主流熔融液态金属催化路线存在难以突破的产业化短板。其工艺裂解产物组分杂乱，包含炭黑、石墨、混杂石墨烯等多种无规则碳产物，同时伴随大量金属盐杂质与熔融金属损耗。由于产物纯度低、组分复杂、分离难度极大，所得碳产物无规模化商用价值，无法分摊制氢生产成本。业内普遍认为，碳产物无经济价值，是全球多数天然气裂解技术难以走出实验室、无法实现商业化落地的核心症结。

与之相比，赢纳材料技术体系的核心突破，在于实现了碳产物形貌、纯度、品类的精准可控。通过分子级催化剂结构设计，该工艺可定向调控碳元素生长形态，稳定产出管径10-30纳米、一次纯度90%-98%的锂电池级高纯度碳纳米管。高附加值碳材料的稳定量产，彻底解决了裂解制氢路线“产碳无用、成本难摊”的行业痛点，构建了真正具备闭环商业逻辑的零碳制氢工艺体系。

耦合模式构建低成本制氢新范式

工艺机理的颠覆性创新，最终要落地到产业经济性与工程可行性层面。相较于传统制氢技术，天然气裂解联产碳纳米管新模式，在投资建设、资源利用、收益结构等维度形成全方位差异化优势。

据悉，该技术可全面依托国内成熟完备的天然气管输、调压、储运基础设施与通用化工生产体系，无需大规模新建专用产线与配套设施，项目初始投资更低、工程风险更小、建设周期更短，适配大规模工业化快速落地。

在收益结构层面，碳纳米管是新能源、半导体、高端装备、生物医药、储能材料领域的关键基础性材料，广泛应用于锂电池导电添加剂、光伏电池、燃料电池、高分子复合材料、芯片元器件等数十个高端工业场景。当前国内碳纳米管产业已形成数百亿级市场规模，随着新质生产力培育推进，未来将成长为千亿级通用新材料赛道。

赵社涛测算，依托该联产模式，高品质碳纳米管产品的销售收入可完全覆盖整套装置生产、运维、人工成本，联产氢气近乎实现零成本产出，在工业规模化供氢领域具备显著的低成本优势，为工业领域提供了一条“低投资、零排放、高收益、可量产”的新型制氢路径。

前沿新工艺的工业化应用往往伴随严苛的技术壁垒，这也是当前该类技术尚未全面普及的核心原因。首先，甲烷分子结构稳定、反应惰性强，定向裂解生成规整锂电级碳纳米管的催化难度极高，工业化生产要求催化剂高倍率、高选择性、低损耗运行，每公斤催化剂需稳定产出10至40公斤合格碳纳米管，技术容错率极低。其次，碳纳米管粉体反应过程体积膨胀数百倍，属于特殊粉体连续化生产体系，在物料输送、工况稳定、安全管控、连续量产等环节，存在区别于常规化工装置的特殊工程壁垒。此外，碳产物形貌调控精度要求极高，工艺参数微小偏差即会产生低值杂碳，直接影响项目整体经济效益。

大型化反应器打通产业化关键堵点

装备大型化、连续化、稳定化，是新技术从实验室走向工业化量产的核心关键。基于二十余年碳纳米管研发与工程积淀，赵社涛团队持续攻坚大型化反应器装备难题，推动工艺技术从小型试验阶段迈向千吨级工业化量产阶段。

2024年，赢纳材料与贵州省遵义市聚源新材料科技公司开展产学研协同攻关，成功落地全球首套烯烃原料单台年产千吨级碳纳米管工业化反应器。该项目占地105.8亩，装置完成多周期连续稳定运行考核，实现了工业化稳定量产。

单台千吨级大型反应器的成功投运，验证了大型化装备的规模化效应。相较于多台小型设备并联模式，大型单体反应器可有效摊薄固定资产投资、降低单位能耗、压缩运维成本、减少人力投入，同时大幅提升产品一致性与工况稳定性。

基于国内天然气消费基数，天然气裂解耦合碳纳米管联产技术的规模化推广可释放巨大绿色动能。据赵社涛的工程测算，若全国10%天然气采用裂解联产工艺，每年可稳定新增低碳氢762.5万吨、减排二氧化碳8380万吨、产出高纯度碳纳米管2280万吨。按照碳汇核算标准，消减8000余万吨二氧化碳，等效节约近亿亩碳汇林建设规模。同时，巨量高品质碳纳米管的落地应用，可直接拉动万亿级新材料产业增量，在不依赖国家政策补贴的前提下，实现氢能增产、碳排减量、产业增值的多重正向循环，为我国工业节能降碳、新材料产业扩容提供全新增长极。

业内专家表示，该技术精准契合我国氢能多元化保供、工业节能降碳、新材料产业提质升级的三重战略需求。该技术既盘活了现有天然气工业基础设施存量资源，破解了传统制氢高碳排难题，又补齐了高端碳材料国产化规模化供给短板，实现能源保供、产业降碳、材料增产、效益增收多重价值叠加。

在我国加快培育新质生产力、推进工业绿色低碳转型背景下，多条制氢技术路线并行互补、协同发展是行业必然趋势。随着天然气专用大型反应器工程技术持续突破、工艺体系持续优化，该耦合联产技术有望快速进入规模化示范与产业化推广阶段，为我国构建安全、低碳、经济、多元的氢能产业体系提供全新硬核技术支撑。