(1) Έννοια και ορισμός παραγωγής υδρογόνου από βιομάζα
Η παραγωγή υδρογόνου βιομάζας αναφέρεται κυρίως στη χρήση αεριοποίησης ή μικροβιακής καταλυτικής αποοξυγόνωσης για την παραγωγή αερίου σύνθεσης που περιέχει υδρογόνο αφού η βιομάζα υποβληθεί σε διαφορετικές προεπεξεργασίες. Οι ετήσιοι διαθέσιμοι πόροι βιομάζας της Κίνας είναι περίπου 3,5 δισεκατομμύρια τόνοι, οι κύριες πηγές των οποίων είναι οι ενεργειακές καλλιέργειες, τα υπολείμματα γεωργικών αποβλήτων, τα υπολείμματα δασικών αποβλήτων και τα βιομηχανικά και αστικά στερεά απόβλητα. Η χρήση πρώτων υλών βιομάζας για την παραγωγή υδρογόνου είναι μια μέθοδος που προσαρμόζεται στις εθνικές συνθήκες της Κίνας και έχει καλή τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου με πολλά υποσχόμενες προοπτικές ανάπτυξης. Δεδομένου ότι η πρώτη ύλη σε ορισμένα σενάρια είναι βιομάζα που περιέχει άνθρακα, αυτή η διαδρομή θεωρείται επίσης ως «αρνητική για τον άνθρακα» διαδρομή παραγωγής υδρογόνου και το υδρογόνο που παράγεται από αυτή τη διαδρομή ονομάζεται επίσης «σμαραγδί υδρογόνο» ή «υπερπράσινο υδρογόνο».
(2) Τεχνική διαδρομή για την παραγωγή υδρογόνου από βιομάζα
Η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου βιομάζας μπορεί να χωριστεί κυρίως σε δύο κύριες οδούς: τη θερμοχημική παραγωγή υδρογόνου και τη βιολογική παραγωγή υδρογόνου. Η θερμοχημική παραγωγή υδρογόνου μπορεί να χωριστεί σε τρεις υποδιαιρούμενες τεχνικές διαδρομές: εξάτμιση ατμού, υπερκρίσιμη εξάτμιση νερού και θερμική πυρόλυση και αναμόρφωση βιομάζας. Η βιολογική παραγωγή υδρογόνου ονομάζεται επίσης μέθοδος μικροβιακής αποδόμησης και ζύμωση βιομάζας παραγωγή υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένης της άμεσης φωτόλυσης/έμμεσης Υπάρχουν διάφορες υποδιαιρούμενες διαδρομές όπως φωτόλυση, ελαφριά ζύμωση, σκοτεινή ζύμωση, ζύμωση φωτός-σκότους, βιομετασχηματισμός ενζύμου χωρίς κύτταρα κ.λπ.
Τεχνολογική Διαδρομή 1: Θερμοχημική Μέθοδος
Αναφέρεται στη μέθοδο μετατροπής της βιομάζας σε εύφλεκτο αέριο πλούσιο σε υδρογόνο μέσω θερμοχημικής επεξεργασίας και στη συνέχεια λήψης καθαρού υδρογόνου μέσω διαχωρισμού. Αυτή η μέθοδος μπορεί να παράγει υδρογόνο απευθείας από πρώτες ύλες βιομάζας, ή από ενδιάμεσα προϊόντα αποπολυμερισμού βιομάζας (όπως μεθανόλη, αιθανόλη). Σύμφωνα με διαφορετικές συγκεκριμένες διαδικασίες, μπορεί να χωριστεί περαιτέρω σε τεχνολογία αεριοποίησης με ατμό, τεχνολογία αεριοποίησης υπερκρίσιμου νερού και τεχνολογία αναμόρφωσης πυρόλυσης βιομάζας:
Τεχνολογία αεριοποίησης με ατμό: Η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου αεριοποίησης ατμού επιλέγει τον ατμό ως παράγοντα αεριοποίησης. Ο σκοπός της επεξεργασίας αεριοποίησης των πρώτων υλών βιομάζας είναι η αφαίρεση μη εύφλεκτων συστατικών όπως το άζωτο και το νερό για να αυξηθεί η θερμογόνος δύναμη του καυσίμου. Ταυτόχρονα, η απομάκρυνση του θείου και του αζώτου μπορεί να αποτρέψει την είσοδο των προϊόντων τους στην ατμόσφαιρα και να μειώσει την αναλογία μάζας των υδρογονανθρακικών στοιχείων. αυτή η μέθοδος μπορεί γενικά να αποκτήσει τον όγκο Το μειονέκτημα της χρήσης 40% έως 60% υδρογόνου και αερίου σύνθεσης υψηλής θερμιδικής αξίας είναι ότι η πίσσα παράγεται ως παραπροϊόν. Ως εκ τούτου, η διερεύνηση οικονομικά αποδοτικών καταλυτών για την αύξηση της παραγωγής υδρογόνου, τη μείωση της θερμοκρασίας αεριοποίησης, την προώθηση της πυρόλυσης της πίσσας και την ανάπτυξη τεχνολογίας επεξεργασίας πράσινης πίσσας, η μετατροπή της πίσσας σε πολύτιμο αέριο σύνθεσης και τα συστήματα διαχωρισμού υδρογόνου αποτελούν επί του παρόντος την περαιτέρω εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας.
Τεχνολογία αναμόρφωσης θερμικής πυρόλυσης:Η αρχή αυτής της τεχνολογίας είναι η έμμεση θέρμανση της βιομάζας στους 350 έως 600 βαθμούς και η απομόνωση αέρα και οξυγόνου (ή περιορισμένου οξυγόνου), έτσι ώστε να μπορεί να πυρολυθεί και να μετατραπεί σε βιοτάρ, κοκ και αέριο. Οι υδρογονάνθρακες περαιτέρω πυρολύονται καταλυτικά για να ληφθεί αέριο πλούσιο σε υδρογόνο και το αέριο διαχωρίζεται για να ληφθεί υδρογόνο. Υπό την προϋπόθεση της χρήσης ενός καταλύτη, το κλάσμα όγκου του υδρογόνου στο αέριο πυρόλυσης μπορεί να φτάσει το 30% έως 50%. Ωστόσο, η πίσσα που παράγεται κατά τη διαδικασία της πυρόλυσης θα διαβρώσει τον εξοπλισμό και τους αγωγούς, προκαλώντας μείωση της απόδοσης παραγωγής υδρογόνου. Τα επόμενα βασικά βήματα επί του παρόντος είναι η ανάπτυξη νέων οικονομικών καταλυτών, η έρευνα και η ανάπτυξη διεργασιών αφαίρεσης πίσσας χαμηλού κόστους, διεργασίες διαχωρισμού υδρογόνου κ.λπ.
Υπερκρίσιμη εξάτμιση νερού: αναφέρεται στην αποσύνθεση βιομάζας σε υπερκρίσιμο νερό για την παραγωγή H2, CO, CO2, CH4 και άλλων αερίων μέσω πυρόλυσης, υδρόλυσης, συμπύκνωσης και αφυδρογόνωσης. Η τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου με υπερκρίσιμη εξάτμιση νερού βιομάζας έχει σχετικά υψηλή κατανάλωση ενέργειας. Μεγάλη, η παραγωγή υποπροϊόντων πίσσας και άλλα προβλήματα. Αν και η τιμή της πρώτης ύλης αυτής της τεχνολογίας είναι χαμηλή, το λειτουργικό κόστος και η αρχική επένδυση του συστήματος υπερκρίσιμου νερού είναι υψηλά και δεν υπάρχουν έργα επίδειξης μεγάλης κλίμακας, επομένως δεν μπορεί να προωθηθεί για εμπορική χρήση βραχυπρόθεσμα.
Τεχνολογική Διαδρομή 2: Βιολογική Μέθοδος
Οι βιολογικές μέθοδοι μπορούν να υποδιαιρεθούν σε άμεση φωτόλυση, έμμεση φωτόλυση, ελαφριά ζύμωση, σκοτεινή ζύμωση, συζευγμένη ζύμωση φωτός-σκότους, μετατροπή ενζύμων χωρίς κύτταρα και άλλες υποδιαιρεμένες διαδρομές. διαφορετικά τεχνικά μονοπάτια έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, μεταξύ των οποίων η φωτεινή και η σκοτεινή ζύμωση μπορεί όχι μόνο να μειώσει τη ζήτηση για φωτεινή ενέργεια σε κάποιο βαθμό, αλλά και να αυξήσει σημαντικά την παραγωγή υδρογόνου. Είναι η κύρια κατεύθυνση ανάπτυξης της βιολογικής παραγωγής υδρογόνου επί του παρόντος.
(3) Πρόοδος παραγωγής υδρογόνου βιομάζας στο εσωτερικό και στο εξωτερικό
Αντιπρόσωπος Εξωτερικού - Ηνωμένο Βασίλειο:
Στις αρχές του 2023, το Βρετανικό Υπουργείο Επιχειρήσεων, Ενέργειας και Βιομηχανικής Στρατηγικής (BEIS) ανακοίνωσε ότι θα επενδύσει 30 εκατομμύρια λίρες για να υποστηρίξει την καινοτομία στην τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου από βιομάζα. Ειδικές κατευθύνσεις χρηματοδότησης:
Προεπεξεργασία πρώτων υλών: ανάπτυξη χαμηλού κόστους, εξοικονόμησης ενέργειας και αποδοτικής τεχνολογίας προεπεξεργασίας πρώτων υλών για τη βελτιστοποίηση της βιομάζας και των απορριμμάτων πρώτων υλών. Συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας κοκκοποίησης, της τεχνολογίας μηχανικής διαλογής, της τεχνολογίας θερμικής επεξεργασίας και φρύξης κ.λπ.
Έρευνα και ανάπτυξη προηγμένης τεχνολογίας αεριοποίησης και των στοιχείων της: εστίαση στη βελτίωση της ποιότητας του αερίου σύνθεσης και στη βελτίωση της απόδοσης παραγωγής υδρογόνου. Συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο, της τεχνολογίας φυσικής αφαίρεσης, της τεχνολογίας χημικής αφαίρεσης, της τεχνολογίας καταλυτικής και θερμικής αφαίρεσης πίσσας, της τεχνολογίας προσρόφησης αιώρησης πίεσης αερίου σύνθεσης, της τεχνολογίας ενσωμάτωσης αεριοποιητή κ.λπ.
Νέα τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου από βιομάζα: Εστίαση στην ανάπτυξη νέας τεχνολογίας παραγωγής υδρογόνου βιομάζας που μπορεί να συνδυαστεί με δέσμευση άνθρακα. Συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας παραγωγής υδρογόνου με αναερόβια ζύμωση, της τεχνολογίας παραγωγής υδρογόνου με φωτοζύμωση, της τεχνολογίας επεξεργασίας λυμάτων, της τεχνολογίας παραγωγής υδρογόνου αναμόρφωσης μεθανίου, της τεχνολογίας πυρόλυσης κ.λπ.
Κίνα:
Βιολογική παραγωγή υδρογόνου - ήταν στο εργαστηριακό στάδιο στο παρελθόν. στις αρχές του 2023, ξεκίνησε στο Χαρμπίν το πρώτο ολοκληρωμένο έργο βιολογικής παραγωγής υδρογόνου και παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας (χρησιμοποιώντας τεχνολογία παραγωγής υδρογόνου ζύμωσης βιομάζας-αποβλήτων, χρησιμοποιώντας άχυρο γεωργικών απορριμμάτων, απόβλητα εξωραϊσμού, απόβλητα τροφίμων, οργανικά λύματα υψηλής συγκέντρωσης κ.λπ. υποστρώματα ζύμωσης και αποτελεσματικά αναερόβια στελέχη που παράγουν υδρογόνο χρησιμοποιούνται ως παραγωγοί υδρογόνου για την επεξεργασία των απορριμμάτων ενώ ανακτούν μεγάλη ποσότητα καθαρής ενέργειας υδρογόνου.
Θερμοχημική παραγωγή υδρογόνου - χρησιμοποιείται κυρίως για βιομάζα ή απόβλητα με χαμηλή περιεκτικότητα σε νερό, όπως αστικά απόβλητα και βιομηχανικά στερεά απόβλητα που περιέχουν περισσότερο χαρτόνι, πλαστικό και άλλες ουσίες. Εγχώριες επιχειρήσεις όπως η Dongfang Boiler, η Datang Group και άλλες παραδοσιακές επιχειρήσεις ενέργειας αναπτύσσουν αεριοποίηση πυρόλυσης για την παραγωγή υδρογόνου. Ωστόσο, λόγω της πολυπλοκότητας της διαδικασίας επεξεργασίας αερίου, δεν υπάρχει επί του παρόντος κανένα ώριμο έργο εμπορικής λειτουργίας στην Κίνα στο πλαίσιο αυτής της διαδρομής. Η Jiman Technology, η οποία γεννήθηκε από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, προωθεί αυτήν τη στιγμή την κατασκευή έργων επίδειξης μικρής και πιλοτικής κλίμακας.
(4) Κύριες απόψεις και συμπεράσματα σχετικά με την παραγωγή βιομάζας υδρογόνου:
Η παραγωγή υδρογόνου από βιομάζα μπορεί να χρησιμοποιήσει αποτελεσματικά βιομηχανικά, γεωργικά και αστικά απόβλητα, αλλά η τοποθεσία κατασκευής περιορίζεται από την περιοχή προμήθειας πρώτων υλών και είναι μια κατανεμημένη οδός παραγωγής υδρογόνου. Το άμεσο προϊόν της είναι αέριο σύνθεσης που περιέχει υδρογόνο, το οποίο θα περιέχει ακαθαρσίες όπως CO, H2S και πίσσα. Το αέριο πρέπει να διαχωριστεί περαιτέρω για να ληφθεί υδρογόνο προτού μπορέσει να χρησιμοποιηθεί, το οποίο είναι πιο κατάλληλο ως καύσιμο ή βιομηχανική πρώτη ύλη.
Θερμοχημική μέθοδος: Ο ρυθμός μετατροπής είναι γρήγορος, αλλά απαιτεί υψηλό εξοπλισμό, καταλύτες κ.λπ., και ο διαχωρισμός αερίου είναι δύσκολος. μπορούμε να επικεντρωθούμε σε βασικές κατευθύνσεις καινοτομίας, όπως οι νέοι καταλύτες, η αναμόρφωση και η χρήση της πίσσας και οι διαδικασίες και ο εξοπλισμός διαχωρισμού αερίων.
Βιολογική μέθοδος: υψηλή απόδοση, χαμηλό κόστος, αλλά πολλές ακαθαρσίες. Μεταξύ αυτών, η παραγωγή υδρογόνου ζύμωσης φωτός-σκότους έχει την ταχύτερη απόδοση παραγωγής υδρογόνου και τον υψηλότερο ρυθμό χρήσης υποστρώματος και αναμένεται να γίνει η κύρια τεχνολογία εφαρμογής της βιολογικής παραγωγής υδρογόνου στο μέλλον.
Συνοπτικά, η παραγωγή υδρογόνου βιομάζας είναι γενικά ακόμα στα αρχικά της στάδια και ορισμένες εμπορικές επιδείξεις εξακολουθούν να συγκεντρώνονται στα στάδια μικρής κλίμακας και σε πιλοτικά στάδια. Τα σενάρια εφαρμογής του είναι κυρίως ως πρώτες ύλες βιομηχανικών καυσίμων. Αυτό το πεδίο μπορεί να επικεντρωθεί σε: βιολογική ζύμωση παραγωγή υδρογόνου. Οι βασικοί δεσμοί περιλαμβάνουν την καλλιέργεια, τον μετασχηματισμό και την προετοιμασία βακτηρίων υψηλής απόδοσης που παράγουν υδρογόνο, τη μέθοδο παραγωγής υδρογόνου ζύμωσης φωτός-σκότους, την προεπεξεργασία πρώτων υλών βιολογικής παραγωγής υδρογόνου και τον εξοπλισμό διεργασίας διαχωρισμού υδρογόνου.
σχετικά προϊόντα στην ehisen
