SBIR Phase I: Methane Pyrolysis for High Quality Carbon Black and Low-carbon Hydrogen Production

SBIR第一期:甲烷热解生产高品质炭黑和低碳氢气

基本信息

  • 批准号:
    2151707
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.6万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is to provide low-cost hydrogen (H2) with a very low or even negative carbon dioxide (CO2) footprint at a commercial production cost reaching $1.50 per kg of H2 alongside a valuable solid carbon by-product, representing a technology advance for the American public and economy. The United States produces 10 million metric tons of hydrogen per year - 95% of it via steam methane reforming (SMR). SMR emits 100 million tons of CO2 in the process. This represents a $10 billion market in the US alone and an important opportunity to reduce CO2 emissions. Methane pyrolysis promises green hydrogen with 5 times less energy than water electrolysis at costs competitive with steam methane reforming by producing solid carbon instead of gaseous carbon dioxide. The solid carbon, if produced correctly, can be used in tires, batteries, and concrete. The research in this project could increase the value of the solid carbon by-product produced alongside clean hydrogen in methane pyrolysis. If successful, this technology could lead to expanded domestic production capabilities with net-zero emissions from sectors such as fertilizer, transportation (batteries, fuel cells, synthetic fuels, and tires), and heavy industry (steel and cement).This SBIR Phase I project proposes to develop a novel method to tune the production of high-quality solid carbon using methane pyrolysis. Carbon black forms in pyrolysis reactors both homogeneously in the gas phase and heterogeneously on catalysts, reactor walls, and on seed particles entrained in the gas. By tuning temperature, residence time, flow profile, and seed materials, this project will result in an improved understanding of carbon precipitation and formation in methane pyrolysis reactors. This improved understanding and the development of a reactor thermochemical model will ultimately lead to better control of a process to produce high quality solid carbon that can be used in tires, batteries, and concrete.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项小型企业创新研究(SBIR)I期项目的更广泛的影响/商业潜力是提供低成本氢(H2),具有非常低甚至负的二氧化碳(CO2)足迹,商业生产成本达到每公斤H2 $ 1.50 $ 1.50的H2 $ 1.50,并代表美国公共和经济的技术促进技术。美国每年生产1000万吨氢 - 其中95%通过蒸汽甲烷改革(SMR)。 SMR在此过程中排放了1亿吨二氧化碳。仅在美国,这就是100亿美元的市场,也是减少二氧化碳排放的重要机会。甲烷热解承诺通过产生固体碳而不是气态二氧化碳,其能量比水电解能量低5倍,其能量低5倍。如果正确生产实心碳,则可以用于轮胎,电池和混凝土中。该项目的研究可能会增加与甲烷热解中清洁氢一起生产的固体碳副产物的价值。如果成功的话,这项技术可能会导致国内生产能力的扩展,而零零零件的排放,例如肥料,运输(电池,燃料电池,合成燃料和轮胎)以及重工业(钢和水泥)。该SBIR I阶段项目提议开发一种新的方法,以开发一种使用高质量固体固体使用甲基甲基甲基甲烷质质量的新方法。热解反应器中的碳黑色形成在气相中,在催化剂,反应堆壁和气体中夹带的种子颗粒上均匀地形成。通过调整温度,停留时间,流量剖面和种子材料,该项目将提高人们对甲烷热解反应器中碳沉淀和形成的理解。这种改善的理解和反应器热化学模型的发展最终将更好地控制一种可以在轮胎,电池和混凝土中使用的高质量固体碳的过程。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的智力和更广泛影响的评估来进行评估的支持。

项目成果

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