Molten metal methane pyrolysis for distributed hydrogen production: Reactor design, hydrodynamics, and technoeconomic insights
Notice bibliographique
Résumé
Methane pyrolysis offers a compelling pathway for low-carbon hydrogen production by avoiding CO 2 emissions and enabling distributed deployment in locations with natural gas supply, thereby eliminating the need for costly hydrogen transport. While promising, the commercial deployment is constrained by the lack of detailed reactor modeling and technoeconomic assessment at small production scales. This study addresses these gaps by designing and modeling a small-scale (1–10 t-H 2 /day) bubble column reactor employing molten Ni Bi alloy catalyst for methane pyrolysis. A coupled kinetic–hydrodynamic model was developed to simulate gas holdup, bubble behavior, and conversion under different operating conditions. The reactor design was integrated into an Aspen Plus simulation of the full process, including heat recovery and hydrogen purification. Optimization of pressure, temperature, and single-pass conversion revealed that operation at 1100 °C, 15 bar, and 70–75 % conversion minimized reactor volume and cost. The lowest levelized cost of hydrogen (LCOH) achieved was $3.06/kg-H 2 without sale of carbon, significantly lower than green H 2 produced from water electrolysis and competitive with blue H 2 produced via centralized reforming when transportation costs are included. Sensitivity analysis reveals that carbon byproduct is a key economic lever; carbon sale at $250/t-C reduces LCOH by 25 %, while a price of $700/t-C would meet U.S. DOE $1/kg-H₂ target. These results demonstrate the technoeconomic viability of molten metal methane pyrolysis and highlight future opportunities. • Low-carbon H 2 production via molten metal methane pyrolysis was studied. • Reactor design was optimized by a coupled kinetic–hydrodynamic mathematical model. • Full process simulation by Aspen Plus, including novel recycle system and heat recovery. • Optimized TEA at a temperature of 1100 °C, and single-pass conversion of 70 % • Lowest LCOH of $3.06 and $2.28/kg H 2 without/with carbon sale of $250/ton
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».