能效高于其他制氫路線    

    氫是一種新型替代能源，利用廢棄生物質制氫不僅可以實現CO2零排放，解決化石燃料短缺及消耗過程中的溫室效應難題，還能夠避免廢棄物本身面臨的無害化處理問題。    

    吳韜介紹：“在能源的轉化效率方面，50%的廢棄生物質熱量能夠轉化到氫氣產物中，高于其他的制氫技術路線。”美國的技術經濟評價結果也表明，以目前的技術水平而言，生物質制備燃料乙醇的一次性投資較小，而熱化和轉化制氫的投入相對較大，但在運行成本方面，制氫卻有著明顯優(yōu)勢，眼下的問題是如何降低設備投資。目前美國生物質制氫成本為6美元/加侖左右，下一步的目標是降低50%。    

    他告訴記者，制氫的方法有很多種。電解水是一種可以大規(guī)模制氫的途徑，然而水分子中的氫、氧原子結合緊密，電解過程中要耗用大量電能，比燃燒氫氣本身所產生的熱量還要多。其他礦物燃料制氫方法，如天然氣催化蒸汽重整等表現較好，但其原料為非可再生能源，且制氫過程會對環(huán)境造成污染。由此可見，廢棄生物質是可持續(xù)的制氫原料，雖然其能量密度較低、資源分布較為分散，但利用潛力很大。    

    正在探索生物油氣化產氫    

    科學家們一直在探索用可再生廢棄生物質制備氫氣的途徑，生物質熱解耦合催化重整技術就是一種有前途的方法。其大致過程為：將生物質快速裂解轉化為熱值為22MJ/kg左右，包括酚、醛、酸等組分的生物油，然后利用水蒸氣將生物油進行催化重整，制備以氫氣和一氧化碳為主要產物的合成氣。熱解過程產生的殘?zhí)己涂扇夹詺怏w，可以進行燃燒為熱解過程提供能量。    

    據初步測算，假如用木屑作原料，100克生物油可以得到超過17克的氫氣，而且相對于石腦油和天然氣原料900℃～1100℃的轉化溫度，生物油氣化產氫的裂解溫度僅為650℃～850℃，從而降低了催化重整過程的能耗。“可以說，通過熱解耦合催化重整技術將生物質轉化為易存儲、易運輸、能量密度高的生物油，是實現生物質高效、大規(guī)模利用的主要途徑之一。”吳韜表示。    

    據了解，這一技術路線最早由美國可再生能源國家實驗室于1993年提出，此后世界范圍內相當多的學者開展了大量研究。前不久，美國科學家根據廢棄生物質資源的特點，專門開發(fā)了一種小型的移動式、分布式車載裝備，利用它可以實現廢棄生物質的小規(guī)模、分散處理。

    在國內，吳韜所在課題組也做了很多研究工作，并取得了一定進展。    

    催化劑改進是研究重點    

    吳韜認為，與現有的生物質制氫技術，如流化床氣化、固定床制氫等相比，生物質熱解耦合催化重整制氫的優(yōu)點是不需要空氣分離裝置，從而降低了成本，大大提高了經濟性；所得氫氣和合成氣的熱值高于傳統方法，因而具有更高的經濟效益；對原料的依賴性較小，對所有廢棄生物質都可以加以利用。“眼下需要做的是，在技術可靠性和經濟性方面進一步驗證和完善，同時開發(fā)高效的催化技術。”他強調說。    

    吳韜課題組主要以木屑、秸桿等為原料制氫。大量研究結果表明，不同生物質原料的反應差別不太明顯，都是先將生物質制成生物油再制氫的兩步過程。應該說，熱解技術總體上已經比較成熟，而生物油中氧的含量很高，導致其處理難度較大，對重整過程的催化劑是一大挑戰(zhàn)。國內外科學家對于該過程催化劑選擇性的研究證實，使用不同催化劑所得的產物也有差別。    

    他指出，眼下業(yè)界對于生物油催化重整過程催化劑的研究重點在于催化劑的活性、選擇性，在工業(yè)化過程中還涉及催化劑的壽命和再生問題，盡管開展了很多研究工作，但重要的突破還不多。另一方面，對于制氫反應器的研究也很重要，當下主要集中在水相和氣相兩個方面，水相反應器的開發(fā)做得相對較多，然而氣相反應器的能量轉化效率更高，也值得花費精力去開發(fā)。   

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