(1) Biomassan vedyn tuotannon käsite ja määritelmä
Biomassan vedyn tuotanto tarkoittaa pääasiassa kaasutuksen tai mikrobikatalyyttisen hapenpoiston käyttöä vetyä sisältävän synteesikaasun tuottamiseksi sen jälkeen, kun biomassalle on tehty erilaisia esikäsittelyjä. Kiinan vuotuiset biomassavarat ovat noin 3,5 miljardia tonnia, jonka pääasialliset lähteet ovat energiakasvit, maatalousjätteet, metsäjätteen tähteet sekä teollisuus- ja kaupunkijäte. Biomassaraaka-aineiden käyttö vedyn tuottamiseen on Kiinan kansallisiin olosuhteisiin sopeutuva menetelmä, jolla on hyvä vetytuotantoteknologiapolku lupaavin kehitysnäkymin. Koska joissakin skenaarioissa raaka-aineena on hiiltä sisältävä biomassa, tätä polkua pidetään myös "hiilinegatiivisena" vedyn tuotantoreittinä, ja tällä polulla tuotettua vetyä kutsutaan myös nimellä "smaragdivety" tai "supervihreä vety".
(2) Tekninen polku vedyn tuotannolle biomassasta
Biomassan vedyn tuotantoteknologia voidaan jakaa pääasiassa kahteen pääpolkuun: termokemialliseen vedyn tuotantoon ja biologiseen vedyn tuotantoon. Termokemiallinen vedyn tuotanto voidaan jakaa kolmeen alajakoon tekniseen polkuun: höyryhöyrystys, ylikriittinen veden höyrystys ja biomassan lämpökrakkaus ja reformointi; biologista vedyn tuotantoa kutsutaan myös mikrobien hajoamismenetelmäksi ja biomassan fermentaatiovedyn tuotantoon, mukaan lukien suora fotolyysi/epäsuora On olemassa useita eri polkuja, kuten fotolyysi, kevyt käyminen, tumma käyminen, valo-pimeä-kytkentäkäyminen, soluton entsyymibiotransformaatio jne.
Teknologiapolku 1: Termokemiallinen menetelmä
Viittaa menetelmään, jolla biomassa muunnetaan vetyä sisältäväksi palavaksi kaasuksi lämpökemiallisen käsittelyn avulla ja sitten saadaan puhdasta vetyä erottamalla. Tällä menetelmällä voidaan tuottaa vetyä suoraan biomassaraaka-aineista tai biomassan depolymeroinnin välituotteista (kuten metanolista, etanolista). Erilaisten erityisprosessien mukaan se voidaan jakaa edelleen höyrykaasutustekniikkaan, ylikriittiseen veden kaasutustekniikkaan ja biomassan pyrolyysireformointitekniikkaan:
Höyrykaasutustekniikka: Höyrykaasutus vedyn tuotantotekniikka valitsee höyryn kaasutusaineeksi. Biomassaraaka-aineiden kaasutuskäsittelyn tarkoituksena on poistaa palamattomat komponentit, kuten typpi ja vesi, polttoaineen lämpöarvon nostamiseksi. Samaan aikaan rikin ja typen poistaminen voi estää niiden tuotteiden pääsyn ilmakehään ja vähentää hiilivetyelementtien massasuhdetta; tällä menetelmällä voidaan yleensä saada tilavuus Haittana 40-60 % vedyn ja korkean lämpöarvon synteesikaasun käytön haittana on, että tervaa syntyy sivutuotteena. Siksi tämän tekniikan lisäsovellusta ovat kustannustehokkaiden katalyyttien tutkiminen vedyn tuotannon lisäämiseksi, kaasutuslämpötilan alentamiseksi, tervan krakkauksen edistämiseksi ja vihreän tervan käsittelytekniikan kehittämiseksi, tervan reformoiminen arvokkaaksi synteesikaasuksi ja vedyn erotusjärjestelmät.
Terminen krakkauksen reformointitekniikka:Tämän tekniikan periaate on lämmittää epäsuorasti biomassaa 350-600 asteeseen ja eristää ilma ja happi (tai rajoitettu happi), jotta se voidaan pyrolysoida ja muuttaa biotarviksi, koksiksi ja kaasuksi. Hiilivedyt krakattaan edelleen katalyyttisesti vetyrikkaan kaasun saamiseksi ja kaasu erotetaan vedyn saamiseksi. Katalyytin käytön edellytyksenä on, että vedyn tilavuusosuus pyrolyysikaasussa voi olla 30-50 %. Pyrolyysiprosessin aikana syntyvä terva kuitenkin syövyttää laitteita ja putkistoja, mikä heikentää vedyn tuotannon tehokkuutta. Seuraavat avainvaiheet tällä hetkellä ovat uusien taloudellisten katalyyttien kehittäminen, edullisien tervanpoistoprosessien, vetyerotusprosessien jne. tutkimus ja kehittäminen.
Ylikriittinen veden höyrystyminen: viittaa biomassan hajoamiseen ylikriittisessä vedessä H2:n, CO:n, CO2:n, CH4:n ja muiden kaasujen tuottamiseksi pyrolyysin, hydrolyysin, kondensaation ja dehydrauksen kautta. Biomassan ylikriittisen veden höyrystymisen vedyn tuotantoteknologialla on suhteellisen korkea energiankulutus. Suuri, tuotanto tervan sivutuotteita ja muita ongelmia. Vaikka tämän teknologian raaka-ainehinta on alhainen, ylikriittisen vesijärjestelmän käyttökustannukset ja alkuinvestoinnit ovat korkeat, eikä suuria demonstraatiohankkeita ole, joten kaupallista käyttöä ei voida edistää lyhyellä aikavälillä.
Teknologiapolku 2: Biologinen menetelmä
Biologiset menetelmät voidaan jakaa suoraan fotolyysiin, epäsuoraan fotolyysiin, valokäymiseen, tummaan käymiseen, valo-pimeä-kytkeytymiseen, soluttomaan entsyymikonversioon ja muihin jaettuihin polkuihin; erilaisilla teknisillä poluilla on omat hyvät ja huonot puolensa, joiden joukossa vaalea ja tumma Yhdistetty käyminen ei voi vain vähentää valoenergian tarvetta jossain määrin, vaan myös lisätä merkittävästi vedyn tuotantoa. Se on tällä hetkellä biologisen vedyn tuotannon tärkein kehityssuunta.
(3) Biomassan vedyn tuotannon edistyminen kotimaassa ja ulkomailla
Ulkomainen edustaja – Iso-Britannia:
Vuoden 2023 alussa British Department of Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) ilmoitti investoivansa 30 miljoonaa puntaa tukeakseen innovaatioita biomassan vedyn tuotantoteknologiassa. Tarkat rahoitusohjeet:
Raaka-aineiden esikäsittely: kehitä edullista, energiaa säästävää ja tehokasta raaka-aineiden esikäsittelytekniikkaa biomassan ja jäteraaka-aineiden optimoimiseksi. Mukaan lukien rakeistustekniikka, mekaaninen lajittelutekniikka, lämpökäsittely- ja kalsinointitekniikka jne.;
Edistyneen kaasutusteknologian ja sen komponenttien tutkimus ja kehitys: keskitytään synteesikaasun laadun parantamiseen ja vedyn tuotannon tehostamiseen. Mukaan lukien reaaliaikainen seurantatekniikka, fyysinen poistotekniikka, kemiallinen poistotekniikka, katalyyttinen ja terminen tervanpoistotekniikka, synteesikaasun paineheilahdus-adsorptiotekniikka, kaasuttimen integrointitekniikka jne.;
Uusi biomassavedyn tuotantoteknologia: Keskity kehittämään uutta biomassan vetytuotantoteknologiaa, joka voidaan yhdistää hiilen talteenottoon. Mukaan lukien anaerobinen käyminen vedyn tuotantotekniikka, fotofermentointi vedyn tuotantotekniikka, jätevedenkäsittelytekniikka, metaanin reformointi vedyn tuotantotekniikka, pyrolyysitekniikka jne.;
Kiina:
Biologinen vedyn tuotanto - se on ollut laboratoriovaiheessa ennenkin; vuoden 2023 alussa Harbinissa käynnistettiin maan ensimmäinen integroitu biologinen vedyn tuotanto- ja sähköntuotantoprojekti (käytetään biomassa-jätteen käymisvedyn tuotantoteknologiaa, käytetään maatalousjätteen olkia, maisemointijätettä, elintarvikejätettä, erittäin tiivistä orgaanista jätevettä jne. käymissubstraatteja ja tehokkaita anaerobisia vetyä tuottavia kantoja käytetään vedyn tuottajina jätteiden käsittelyyn samalla kun otetaan talteen suuri määrä puhdasta energiaa vetyä. Tekniikka on peräisin Harbin Institute of Technologyn akateemikon Ren Nanqin tiimiltä.
Termokemiallinen vedyn tuotanto - käytetään pääasiassa biomassalle tai vähävesipitoiselle jätteelle, kuten yhdyskuntajätteelle ja teollisuusjätteelle, joka sisältää enemmän pahvia, muovia ja muita aineita. Kotimaiset yritykset, kuten Dongfang Boiler, Datang Group ja muut perinteiset energiayritykset, käyttävät pyrolyysikaasutusta tuottaakseen vetyä. Kaasunkäsittelyprosessin monimutkaisuuden vuoksi Kiinassa ei kuitenkaan tällä hetkellä ole kypsää kaupallista toimintaprojektia tällä reitillä. Kiinan tiedeakatemiasta syntynyt Jiman Technology edistää parhaillaan pienimuotoisten ja pilottimuotoisten demonstraatiohankkeiden rakentamista.
(4) Tärkeimmät näkökannat ja päätelmät biomassan vedyn tuotannosta:
Biomassan vedyn tuotannossa voidaan hyödyntää tehokkaasti teollisuus-, maatalous- ja yhdyskuntajätteitä, mutta rakentamispaikkaa rajoittaa raaka-aineen toimitusalue ja se on hajautettu vedyn tuotantopolku; sen suora tuote on vetyä sisältävä synteesikaasu, joka sisältää epäpuhtauksia, kuten CO, H2S ja terva. Kaasu on erotettava edelleen vedyn saamiseksi ennen kuin sitä voidaan käyttää, mikä sopii paremmin polttoaineeksi tai teollisuuden raaka-aineeksi.
Termokemiallinen menetelmä: Muunnosnopeus on nopea, mutta se vaatii korkeaa laitteistoa, katalyyttejä jne., ja kaasun erottaminen on vaikeaa; voimme keskittyä keskeisiin läpimurron suuntiin, kuten uusiin katalyytteihin, tervan reformointiin ja hyödyntämiseen sekä kaasun erotusprosesseihin ja -laitteisiin.
Biologinen menetelmä: korkea saanto, alhaiset kustannukset, mutta paljon epäpuhtauksia; Näistä valo-pimeä-kytketyllä fermentaatiovedyn tuotannolla on nopein vedyn tuotantotehokkuus ja korkein substraatin käyttöaste, ja siitä odotetaan tulevaisuudessa muodostuvan biologisen vedyn tuotannon pääsovellustekniikka.
Yhteenvetona voidaan todeta, että biomassan vedyn tuotanto on yleensä vielä alkuvaiheessa, ja osa kaupallisista demonstraatioista keskittyy edelleen pienimuotoiseen ja pilottivaiheeseen. Sen käyttöskenaariot ovat pääasiassa teollisten polttoaineiden raaka-aineina. Tämä ala voi keskittyä: biologiseen käymiseen vedyn tuotantoon. Keskeisiä yhteyksiä ovat korkean suorituskyvyn vetyä tuottavien bakteerien viljely, muuntaminen ja valmistus, valo-pimeä-kytkentäinen käymisvedyn tuotantomenetelmä, biologisen vedyn tuotannon raaka-aineiden esikäsittely ja vetyerotusprosessilaitteet.
liittyvät tuotteet ehisenissä
