废弃生物质 ：化蛹成蝶造氢能

　　废弃生物质的热化学处理技术正在得到越来越广泛的关注，氢气这种高品位洁净能源便是生物质热化学处理的重要产物之一。正如宁波诺丁汉大学高级研究员吴韬所说：“利用工农业生产过程中产生的生物质残余物，在较为温和的条件下高效、经济地制备氢气，是实现生物质残渣高值化利用的主要手段之一，具有极高的工程价值。”
 

　　能效高于其他制氢路线

　　氢是一种新型替代能源，利用废弃生物质制氢不仅可以实现CO2零排放，解决化石燃料短缺及消耗过程中的温室效应难题，还能够避免废弃物本身面临的无害化处理问题。

　　吴韬介绍：“在能源的转化效率方面，50%的废弃生物质热量能够转化到氢气产物中，高于其他的制氢技术路线。”美国的技术经济评价结果也表明，以目前的技术水平而言，生物质制备燃料乙醇的一次性投资较小，而热化和转化制氢的投入相对较大，但在运行成本方面，制氢却有着明显优势，眼下的问题是如何降低设备投资。目前美国生物质制氢成本为6美元/加仑左右，下一步的目标是降低50%。

　　他告诉记者，制氢的方法有很多种。电解水是一种可以大规模制氢的途径，然而水分子中的氢、氧原子结合紧密，电解过程中要耗用大量电能，比燃烧氢气本身所产生的热量还要多。其他矿物燃料制氢方法，如天然气催化蒸汽重整等表现较好，但其原料为非可再生能源，且制氢过程会对环境造成污染。由此可见，废弃生物质是可持续的制氢原料，虽然其能量密度较低、资源分布较为分散，但利用潜力很大。

　　正在探索生物油气化产氢

　　科学家们一直在探索用可再生废弃生物质制备氢气的途径，生物质热解耦合催化重整技术就是一种有前途的方法。其大致过程为：将生物质快速裂解转化为热值为22MJ/kg左右，包括酚、醛、酸等组分的生物油，然后利用水蒸气将生物油进行催化重整，制备以氢气和一氧化碳为主要产物的合成气。热解过程产生的残碳和可燃性气体，可以进行燃烧为热解过程提供能量。　　

　　据初步测算，假如用木屑作原料，100克生物油可以得到超过17克的氢气，而且相对于石脑油和天然气原料900℃～1100℃的转化温度，生物油气化产氢的裂解温度仅为650℃～850℃，从而降低了催化重整过程的能耗。“可以说，通过热解耦合催化重整技术将生物质转化为易存储、易运输、能量密度高的生物油，是实现生物质高效、大规模利用的主要途径之一。”吴韬表示。

　　据了解，这一技术路线最早由美国可再生能源国家实验室于1993年提出，此后世界范围内相当多的学者开展了大量研究。前不久，美国科学家根据废弃生物质资源的特点，专门开发了一种小型的移动式、分布式车载装备，利用它可以实现废弃生物质的小规模、分散处理。在国内，吴韬所在课题组也做了很多研究工作，并取得了一定进展。

　　催化剂改进是研究重点

　　吴韬认为，与现有的生物质制氢技术，如流化床气化、固定床制氢等相比，生物质热解耦合催化重整制氢的优点是不需要空气分离装置，从而降低了成本，大大提高了经济性；所得氢气和合成气的热值高于传统方法，因而具有更高的经济效益；对原料的依赖性较小，对所有废弃生物质都可以加以利用。“眼下需要做的是，在技术可靠性和经济性方面进一步验证和完善，同时开发高效的催化技术。”他强调说。

　　吴韬课题组主要以木屑、秸杆等为原料制氢。大量研究结果表明，不同生物质原料的反应差别不太明显，都是先将生物质制成生物油再制氢的两步过程。应该说，热解技术总体上已经比较成熟，而生物油中氧的含量很高，导致其处理难度较大，对重整过程的催化剂是一大挑战。国内外科学家对于该过程催化剂选择性的研究证实，使用不同催化剂所得的产物也有差别。

　　他指出，眼下业界对于生物油催化重整过程催化剂的研究重点在于催化剂的活性、选择性，在工业化过程中还涉及催化剂的寿命和再生问题，尽管开展了很多研究工作，但重要的突破还不多。另一方面，对于制氢反应器的研究也很重要，当下主要集中在水相和气相两个方面，水相反应器的开发做得相对较多，然而气相反应器的能量转化效率更高，也值得花费精力去开发。