硫化氢是一种无色剧毒气体，常见于天然气开采、炼油化工和煤化工等环节。据统计，我国每年需处理硫化氢约80亿立方米，全球年处理量超过700亿立方米，潜待处理量超过4万亿立方米。硫化氢毒性强，且易被氧化生成二氧化硫，进而引发酸雨，对生态环境和人体健康构成威胁。如何安全、彻底地处理硫化氢，长期以来一直是全球能源化工行业面临的难题。 传统克劳斯工艺可将硫化氢转化为硫磺和水，但缺陷明显。李灿院士指出，硫化氢由硫和氢两种元素组成，二者均具资源价值。现有工艺能够回收硫，却将氢转化为水，造成资源损失。更关键的是，即便经过多次高温氧化，尾气中仍可能残留硫化物；一旦操作或管理不到位，含硫化合物可能泄漏进入大气，更增加环保风险。这种以“处理”为主、难以兼顾资源回收的方式，已难适应产业发展与环保要求。 为突破这个瓶颈，李灿团队提出离场电催化技术方案。该技术利用电子介导对与硫化氢之间的化学势差，将原本发生在电极表面的氧化还原反应“分离”出来，转移到电解槽外的独立反应器中分别进行。具体而言，硫化氢的氧化反应与氢质子的还原反应在不同反应器内独立完成，从源头避免硫磺在电极表面沉积并污染隔膜的问题，为硫化氢规模化完全分解提供了可行路径。 这项突破历时多年。李灿团队用时20多年攻关，受硫化氢毒性限制，研究从微型装置起步，先验证原理可行，再逐步放大处理规模，最终实现从基础研究到工程应用的跨越。目前，该技术已申请26项专利，其中12项已获授权，形成较为完整的专利布局。 技术成果已进入示范应用阶段。李灿团队联合山东三维化学集团、榆林中科洁净能源创新研究院等单位，建成全球首套年处理10万立方米硫化氢的中试示范装置。装置已连续稳定运行超过1000小时：硫化氢实现完全转化，产出硫磺纯度超过99.95%，氢气纯度超过99.999%。中石化齐鲁分公司专家表示，该技术可在室温常压条件下实现硫化氢完全分解，过程温和、无污染，不排放二氧化碳，在煤化工、石油化工、油气开采等领域具有应用潜力。 从能源战略层面看，这项技术的价值更为突出。国际氢能协会预测，到2030年我国绿氢规划产能约180万吨。若以风光电驱动该技术处理我国每年80亿立方米硫化氢，可在消除污染的同时回收约73万吨“绿氢”，约相当于2030年我国绿氢规划产能的40%。这为涉及的产业实现碳达峰、碳中和目标提供了新的路径。与电解水制氢相比，离场电催化技术的制氢电费约为前者的一半，随着技术迭代，成本优势有望进一步扩大。 评价委员会专家一致认为，该成果达到国际领先水平，建议加快装置放大与产业化推进。这标志着我国在硫化氢资源化利用上取得重要进展，为全球能源化工产业绿色转型提供了新的技术选择。
从实验室微型装置到万吨级中试示范，此技术突破既说明了科研团队长期攻关的韧性，也展示了绿色发展背景下“治理污染与创造资源并重”的技术路径。在全球能源转型的关键阶段——类似原创技术的持续涌现——有望为我国循环经济体系建设提供更坚实的科技支撑。