硼氢化钠水解与再生过程的模拟、经济性分析及镁材料价格预测研究

本研究针对氢能存储关键材料NaBH4的水解产氢（H2）与副产物NaBO2再生难题，通过Aspen Plus模拟零阶、一阶及LHHW动力学过程，发现LHHW模型产氢量最高（198.83 kmol/h），但经济分析显示NPV均为负值。创新性结合ARIMA模型预测Mg价格与产量趋势，为氢能产业链成本控制提供数据支撑，填补了该领域系统化研究的空白。

　　

随着传统能源枯竭与碳中和目标推进，氢能作为清洁能源备受关注。然而，氢气的高效存储与低成本制备仍是行业痛点。硼氢化钠（NaBH₄）因其10.8 wt%的理论储氢密度成为研究热点，但其水解产物偏硼酸钠（NaBO₂）的再生利用及整体经济可行性长期缺乏系统评估。Y?ld?z Technical University（伊斯坦布尔理工大学）的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究，首次通过流程模拟与经济学-计量学交叉分析，为这一领域提供了突破性见解。

研究采用三大关键技术：1）基于Aspen Plus构建包含水解（NaBH₄→NaBO₂+H₂）与再生（NaBO₂+Mg→NaBH₄）的全流程模型，对比零阶、一阶及LHHW（Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson）动力学；2）运用APEA工具进行NPV（净现值）、IRR（内部收益率）等经济指标分析；3）通过R软件采用ARIMA（自回归积分滑动平均）模型预测2025-2030年镁市场动态。

结果部分显示：

• 动力学比较：LHHW模型产氢量达198.83 kmol/h，与Hung等实验数据趋势吻合，但一阶动力学下NaBH₄再生效率最高（9.46 kmol/h）。
• 经济可行性：所有模型NPV均为负值（最低-$15,478.66），揭示当前技术路线尚未具备商业化条件。
• 镁市场预测：ARIMA(1,0,3)模型显示镁价呈下降趋势，而产量数据符合ARIMA(0,1,0)随机游走模型，表明产能波动难以预测。

讨论与结论指出，尽管LHHW动力学在产氢效率上优势显著，但NaBH₄再生成本受镁价制约且规模化数据缺失（如床层空隙率、颗粒几何参数）。研究首次将过程模拟、经济分析与原材料预测结合，为后续优化指明方向：需开发低成本再生工艺，并建立完整的工程参数数据库。该成果对氢能产业链降本具有里程碑意义，尤其为政策制定者评估NaBH₄技术路线提供了多维度的决策依据。