(1) Biomasas ūdeņraža ražošanas jēdziens un definīcija
Biomasas ūdeņraža ražošana galvenokārt attiecas uz gazifikācijas vai mikrobu katalītiskās deoksigenācijas izmantošanu, lai iegūtu ūdeņradi saturošu sintēzes gāzi pēc tam, kad biomasai ir veikta dažāda pirmapstrāde. Ķīnas ikgadējie pieejamie biomasas resursi ir aptuveni 3,5 miljardi tonnu, kuru galvenie avoti ir enerģijas kultūras, lauksaimniecības atkritumu atliekas, mežsaimniecības atkritumu atliekas un rūpniecības un pilsētu cietie atkritumi. Biomasas izejvielu izmantošana ūdeņraža ražošanai ir metode, kas pielāgojas Ķīnas nacionālajiem apstākļiem, un tai ir labs ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju ceļš ar daudzsološām attīstības perspektīvām. Tā kā dažos scenārijos izejviela ir oglekli saturoša biomasa, šis ceļš tiek uzskatīts arī par "oglekļa negatīvu" ūdeņraža ražošanas ceļu, un šajā ceļā iegūto ūdeņradi sauc arī par "smaragda ūdeņradi" vai "superzaļo ūdeņradi".
(2) Tehniskais ceļš ūdeņraža ražošanai no biomasas
Biomasas ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju galvenokārt var iedalīt divos galvenajos veidos: termoķīmiskā ūdeņraža ražošana un bioloģiskā ūdeņraža ražošana. Termoķīmisko ūdeņraža ražošanu var iedalīt trīs apakšiedalītos tehniskajos veidos: tvaika iztvaicēšana, superkritiskā ūdens iztvaicēšana un biomasas termiskā krekinga un reformēšana; bioloģisko ūdeņraža ražošanu sauc arī par mikrobu degradācijas metodi un biomasas fermentācijas ūdeņraža ražošanu, ieskaitot tiešu fotolīzi/netiešo Ir dažādi iedalīti ceļi, piemēram, fotolīze, vieglā fermentācija, tumšā fermentācija, gaišā-tumšā fermentācija, fermentu bezšūnu biotransformācija utt.
1. tehnoloģijas ceļš: termoķīmiskā metode
Attiecas uz metodi biomasas pārvēršanai ar ūdeņradi bagātā degošā gāzē, izmantojot termoķīmisko apstrādi un pēc tam iegūstot tīru ūdeņradi ar atdalīšanu. Ar šo metodi ūdeņradi var iegūt tieši no biomasas izejvielām vai no biomasas depolimerizācijas starpproduktiem (piemēram, metanola, etanola). Saskaņā ar dažādiem specifiskiem procesiem to var iedalīt tvaika gazifikācijas tehnoloģijā, superkritiskās ūdens gazifikācijas tehnoloģijā un biomasas pirolīzes reformēšanas tehnoloģijā:
Tvaika gazifikācijas tehnoloģija: Tvaika gazifikācijas ūdeņraža ražošanas tehnoloģija izvēlas tvaiku kā gazifikācijas līdzekli. Biomasas izejvielu gazifikācijas apstrādes mērķis ir noņemt neuzliesmojošas sastāvdaļas, piemēram, slāpekli un ūdeni, lai palielinātu degvielas siltumspēju. Tajā pašā laikā sēra un slāpekļa noņemšana var novērst to produktu nokļūšanu atmosfērā un samazināt ogļūdeņražu elementu masas attiecību; ar šo metodi parasti var iegūt tilpumu. 40% līdz 60% ūdeņraža un augstas siltumspējas sintēzes gāzes izmantošanas trūkums ir tāds, ka darva rodas kā blakusprodukts. Tāpēc pašlaik šīs tehnoloģijas turpmākais pielietojums ir rentablu katalizatoru izpēte, lai palielinātu ūdeņraža ražošanu, samazinātu gazifikācijas temperatūru, veicinātu darvas krekinga veidošanos un izstrādātu zaļās darvas apstrādes tehnoloģiju, pārveidojot darvu par vērtīgu sintēzes gāzi un ūdeņraža atdalīšanas sistēmām.
Termiskā krekinga reformēšanas tehnoloģija:Šīs tehnoloģijas princips ir netieši sildīt biomasu 350 līdz 600 grādu temperatūrā un izolēt gaisu un skābekli (vai ierobežotu skābekli), lai to varētu pirolizēt un pārvērst biotārā, koksā un gāzē. Ogļūdeņraži tiek tālāk katalītiski krekinoti, lai iegūtu ar ūdeņradi bagātu gāzi, un gāzi atdala, lai iegūtu ūdeņradi. Izmantojot katalizatoru, ūdeņraža tilpuma daļa pirolīzes gāzē var sasniegt 30% līdz 50%. Tomēr pirolīzes procesā radusies darva korodēs iekārtas un cauruļvadus, izraisot ūdeņraža ražošanas efektivitātes samazināšanos. Nākamie galvenie soļi šobrīd ir jaunu ekonomisku katalizatoru izstrāde, zemu izmaksu darvas noņemšanas procesu izpēte un izstrāde, ūdeņraža atdalīšanas procesi utt.
Superkritiskā ūdens iztvaikošana: attiecas uz biomasas sadalīšanos superkritiskā ūdenī, lai iegūtu H2, CO, CO2, CH4 un citas gāzes, izmantojot pirolīzi, hidrolīzi, kondensāciju un dehidrogenēšanu. Biomasas superkritiskās ūdens iztvaicēšanas ūdeņraža ražošanas tehnoloģijai ir salīdzinoši augsts enerģijas patēriņš. Liels, darvas blakusproduktu ražošana un citas problēmas. Lai gan šīs tehnoloģijas izejmateriālu cena ir zema, superkritiskās ūdens sistēmas ekspluatācijas izmaksas un sākotnējās investīcijas ir augstas, kā arī nav liela mēroga demonstrācijas projektu, tāpēc īstermiņā to nevar virzīt komerciālai lietošanai.
2. tehnoloģiju ceļš: bioloģiskā metode
Bioloģiskās metodes var iedalīt tiešā fotolīzē, netiešajā fotolīzē, gaišajā fermentācijā, tumšajā fermentācijā, gaiši-tumšā fermentācijā, fermentu pārveidē bez šūnām un citos iedalītos ceļos; dažādiem tehniskajiem ceļiem ir savas priekšrocības un trūkumi, starp kuriem gaišā un tumšā Savienotā fermentācija var ne tikai zināmā mērā samazināt pieprasījumu pēc gaismas enerģijas, bet arī būtiski palielināt ūdeņraža ražošanu. Šobrīd tas ir galvenais bioloģiskās ūdeņraža ražošanas attīstības virziens.
(3) Biomasas ūdeņraža ražošanas progress mājās un ārvalstīs
Ārvalstu pārstāvis — Apvienotā Karaliste:
2023. gada sākumā Lielbritānijas Biznesa, enerģētikas un rūpniecības stratēģijas departaments (BEIS) paziņoja, ka ieguldīs 30 miljonus mārciņu, lai atbalstītu inovācijas biomasas ūdeņraža ražošanas tehnoloģijā. Konkrēti finansējuma virzieni:
Izejvielu pirmapstrāde: izstrādājiet zemu izmaksu, enerģiju taupošu un efektīvu izejvielu pirmapstrādes tehnoloģiju, lai optimizētu biomasu un atkritumu izejvielas. Ieskaitot granulēšanas tehnoloģiju, mehāniskās šķirošanas tehnoloģiju, termiskās apstrādes un kalcinēšanas tehnoloģiju utt.;
Progresīvas gazifikācijas tehnoloģijas un tās komponentu izpēte un attīstība: koncentrējieties uz sintēzes gāzes kvalitātes uzlabošanu un ūdeņraža ražošanas efektivitātes uzlabošanu. Ieskaitot reāllaika uzraudzības tehnoloģiju, fiziskās noņemšanas tehnoloģiju, ķīmiskās noņemšanas tehnoloģiju, katalītiskās un termiskās darvas noņemšanas tehnoloģiju, sintēzes gāzes spiediena svārstību adsorbcijas tehnoloģiju, gazifikatora integrācijas tehnoloģiju utt.;
Jauna biomasas ūdeņraža ražošanas tehnoloģija: Koncentrējieties uz jaunas biomasas ūdeņraža ražošanas tehnoloģijas izstrādi, ko var apvienot ar oglekļa uztveršanu. Ieskaitot anaerobās fermentācijas ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju, fotofermentācijas ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju, notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģiju, metāna reformēšanas ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju, pirolīzes tehnoloģiju utt.;
Ķīna:
Bioloģiskā ūdeņraža ražošana - tā ir bijusi laboratorijas stadijā iepriekš; 2023. gada sākumā Harbinā tika uzsākts valstī pirmais integrētās bioloģiskās ūdeņraža ražošanas un elektroenerģijas ražošanas projekts (izmantojot biomasas-atkritumu fermentācijas ūdeņraža ražošanas tehnoloģiju, izmantojot lauksaimniecības atkritumu salmus, ainavu veidošanas atkritumus, Pārtikas atkritumus, augsti koncentrētus organiskos notekūdeņus u.c. fermentācijas substrāti un efektīvi anaerobie ūdeņradi ražojoši celmi tiek izmantoti kā ūdeņraža ražotāji, lai pārstrādātu atkritumus, vienlaikus atgūstot lielu daudzumu tīras enerģijas ūdeņraža. Tehnoloģiju nodrošina Harbinas Tehnoloģiju institūta akadēmiķa Ren Nanqi komanda.
Termoķīmiskā ūdeņraža ražošana - galvenokārt izmanto biomasai vai atkritumiem ar zemu ūdens saturu, piemēram, sadzīves atkritumiem un rūpnieciskajiem cietajiem atkritumiem, kas satur vairāk kartona, plastmasas un citu vielu. Vietējie uzņēmumi, piemēram, Dongfang Boiler, Datang Group un citi tradicionālie enerģētikas uzņēmumi, ūdeņraža ražošanai izmanto pirolīzes gazifikāciju. Tomēr, ņemot vērā gāzes attīrīšanas procesa sarežģītību, šajā maršrutā Ķīnā pašlaik nav neviena nobrieduša komerciālas darbības projekta. Jiman Technology, kas dzimusi no Ķīnas Zinātņu akadēmijas, pašlaik veicina maza mēroga un izmēģinājuma mēroga demonstrācijas projektu būvniecību.
(4) Galvenie viedokļi un secinājumi par biomasas ūdeņraža ražošanu:
Biomasas ūdeņraža ražošanā var efektīvi izmantot rūpnieciskos, lauksaimniecības un pilsētas atkritumus, bet būvniecības vietu ierobežo izejvielu piegādes zona un ir sadalīts ūdeņraža ražošanas ceļš; tās tiešais produkts ir ūdeņradi saturoša sintēzes gāze, kas saturēs tādus piemaisījumus kā CO, H2S un darva. Pirms lietošanas gāze ir jāturpina atdalīt, lai iegūtu ūdeņradi, kas ir piemērotāks kā degviela vai rūpnieciskā izejviela.
Termoķīmiskā metode: konversijas ātrums ir ātrs, taču tam ir nepieciešams augsts aprīkojums, katalizatori utt., un gāzes atdalīšana ir sarežģīta; mēs varam koncentrēties uz galvenajiem izrāvienu virzieniem, piemēram, jauniem katalizatoriem, darvas reformēšanu un izmantošanu, kā arī gāzu atdalīšanas procesiem un iekārtām.
Bioloģiskā metode: augsta raža, zemas izmaksas, bet daudz piemaisījumu; starp tiem ūdeņraža ražošanai ar gaiši un tumšu savienojumu fermentācijas procesā ir ātrākā ūdeņraža ražošanas efektivitāte un augstākais substrāta izmantošanas līmenis, un ir sagaidāms, ka tā nākotnē kļūs par galveno bioloģiskās ūdeņraža ražošanas pielietojuma tehnoloģiju.
Rezumējot, biomasas ūdeņraža ražošana parasti joprojām ir agrīnā stadijā, un daži komerciālie demonstrējumi joprojām ir koncentrēti maza mēroga un izmēģinājuma posmos. Tās izmantošanas scenāriji galvenokārt ir kā rūpnieciskās degvielas izejvielas. Šajā jomā var koncentrēties uz: bioloģiskās fermentācijas ūdeņraža ražošanu. Galvenās saiknes ietver augstas veiktspējas ūdeņradi ražojošu baktēriju kultivēšanu, pārveidošanu un sagatavošanu, ūdeņraža ražošanas metodi ar rūgšanu ar gaismu un tumsu, bioloģiskās ūdeņraža ražošanas izejvielu pirmapstrādi un ūdeņraža atdalīšanas procesa aprīkojumu.
saistītie produkti vietnē ehisen
