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为解决氢内燃机（H?-ICEs）氮氧化物（NO?）排放问题，研究人员探究 H?-SCR 与尿素 - SCR 组合系统拓宽脱硝温度窗口的潜力。发现组合系统在 150–300 °C 时 NO?转化率超 85%，0.5Pt/ZSM-5 + 尿素 - SCR 表现最佳，为低排放技术提供新方案。
在能源转型与环保需求激增的当下，传统内燃机的高碳排放弊端日益凸显，氢内燃机（H?-ICEs）因燃烧产物主要为水，被视为实现 “零碳交通” 的重要路径。然而，其高温燃烧特性导致氮氧化物（NO?，主要包括 NO 和 NO?）排放显著，尤其是热 NO?占比超 95%，成为制约其商业化的关键瓶颈。目前主流的尿素选择性催化还原（尿素 - SCR）技术虽在柴油车脱硝中广泛应用，但在低于 200°C 的低温环境下，尿素分解效率低，脱硝效果受限，而氢内燃机冷启动或低负荷运行时恰好面临 exhaust gas 温度不足的问题。与此同时，未完全燃烧的氢气（H?）在尾气中逸出，若能将其作为还原剂用于低温脱硝，或可弥补尿素 - SCR 的短板。在此背景下，开发一种能覆盖宽温域、高效利用尾气成分的脱硝系统成为亟待突破的研究方向。
为攻克上述难题，韩国研究人员开展了氢选择性催化还原（H?-SCR）与尿素 - SCR 组合系统的研究，相关成果发表在《Fuel》。该研究旨在通过上下游催化剂的协同作用，拓宽脱硝温度窗口，提升 NO?转化率，并降低副产物氧化亚氮（N?O）的生成。
研究采用的主要关键技术方法包括：催化剂制备采用初湿浸渍法，将铂（Pt）负载于二氧化钛（TiO?）或 ZSM-5 分子筛上制备 H?-SCR 催化剂；通过固定床反应器测试催化剂性能，模拟氢内燃机尾气条件，监测不同温度区间的 NO?转化率、N?O 生成量及 H?消耗量；利用比表面积分析（BET）等手段表征催化剂的孔结构和表面性质。
催化剂性能与组合系统效果
研究对比了多种 H?-SCR 催化剂，发现 0.5wt% Pt 负载于 ZSM-5（0.5Pt/ZSM-5）的催化剂表现尤为突出。在单独测试中，0.5Pt/ZSM-5 在 75°C 时即可实现 69% 的 NO?转化率，展现出优异的低温活性。当将其作为上游催化剂与下游尿素 - SCR 组合时，系统在 150–300°C 温度范围内 NO?转化率超过 85%，显著优于单一尿素 - SCR 系统（该温度区间内尿素 - SCR 需温度高于 200°C 才能有效工作）。
协同作用机制
组合系统的优势源于 H?-SCR 的放热特性。上游 H?-SCR 催化剂通过催化 H?氧化反应释放热量，提升 exhaust gas 温度，促进下游尿素的分解和 NH?生成，从而增强尿素 - SCR 的脱硝效率。此外，H?-SCR 在低温下直接利用尾气中的 H?还原 NO?，与高温区尿素 - SCR 形成 “低温 - 高温” 互补，拓宽了整体脱硝温度窗口。
选择性与环境效益
研究发现，0.5Pt/ZSM-5 催化剂不仅活性高，且 N?选择性优异，在宽温域内 N?O 生成量极低。这归因于 Pt 与 ZSM-5 载体的相互作用优化了电子结构，抑制了副反应路径，解决了传统 H?-SCR 中 N?O 排放的难题，提升了系统的环境友好性。
结论与意义
该研究首次系统验证了 H?-SCR / 尿素 - SCR 组合系统在氢内燃机脱硝中的可行性，通过双催化剂的协同效应，将有效脱硝温度窗口从单一尿素 - SCR 的 > 200°C 扩展至 75–300°C，且在全温域内保持高 N?选择性。这一创新方案不仅突破了低温脱硝的技术瓶颈，还实现了尾气中 H?资源的高效利用，为氢内燃机的商业化应用提供了关键的后处理技术支撑。未来，通过优化催化剂配比与系统集成，该组合技术有望成为重型车辆、非道路机械等领域实现超低 NO?排放的核心方案，助力全球交通领域的碳中和目标。
