(1) Biomasės vandenilio gamybos samprata ir apibrėžimas
Biomasės vandenilio gamyba daugiausia reiškia dujofikavimą arba mikrobinį katalizinį deoksigenavimą, kad būtų gaminamos vandenilio turinčios sintezės dujos po to, kai biomasė yra skirtingai apdorojama. Kasmet Kinijos turimi biomasės ištekliai yra apie 3,5 milijardo tonų, kurių pagrindiniai šaltiniai yra energetiniai augalai, žemės ūkio atliekų likučiai, miškininkystės atliekų likučiai ir pramoninės bei miesto kietosios atliekos. Biomasės žaliavų naudojimas vandeniliui gaminti yra metodas, kuris prisitaiko prie Kinijos nacionalinių sąlygų ir turi gerą vandenilio gamybos technologijos kelią su daug žadančių plėtros perspektyvų. Kadangi kai kuriuose scenarijuose žaliava yra anglies turinti biomasė, šis kelias taip pat laikomas „anglies neigiamu“ vandenilio gamybos keliu, o šiuo keliu gaminamas vandenilis taip pat vadinamas „smaragdiniu vandeniliu“ arba „super žaliuoju vandeniliu“.
(2) Techninis vandenilio gamybos iš biomasės kelias
Biomasės vandenilio gamybos technologijas daugiausia galima suskirstyti į du pagrindinius kelius: termocheminę vandenilio gamybą ir biologinę vandenilio gamybą. Termocheminę vandenilio gamybą galima suskirstyti į tris techninius kelius: garavimą, superkritinį vandens garinimą ir biomasės terminį krekingą ir reformavimą; biologinė vandenilio gamyba taip pat vadinama mikrobų skaidymo metodu ir biomasės fermentacijos vandenilio gamyba, įskaitant tiesioginę fotolizę / netiesioginę Yra įvairių suskirstytų būdų, tokių kaip fotolizė, šviesi fermentacija, tamsioji fermentacija, šviesiai ir tamsiai sujungta fermentacija, fermentų biotransformacija be ląstelių ir kt.
1 technologijos kelias: termocheminis metodas
Nurodo biomasės pavertimo degiomis dujomis, kuriose yra daug vandenilio, apdorojimą termocheminiu būdu ir gryno vandenilio gavimą atskyrimo būdu. Šiuo metodu vandenilį galima gaminti tiesiogiai iš biomasės žaliavų arba iš biomasės depolimerizacijos tarpinių produktų (tokių kaip metanolis, etanolis). Pagal skirtingus specifinius procesus jis gali būti toliau skirstomas į garų dujinimo technologiją, superkritinio vandens dujinimo technologiją ir biomasės pirolizės reformavimo technologiją:
Garų dujinimo technologija: Garų dujinimo vandenilio gamybos technologija parenka garą kaip dujinimo agentą. Biomasės žaliavų dujofikavimo tikslas – pašalinti nedegius komponentus, tokius kaip azotas ir vanduo, kad padidėtų kuro kaloringumas. Tuo pačiu metu sieros ir azoto pašalinimas gali užkirsti kelią jų produktams patekti į atmosferą ir sumažinti angliavandenilių elementų masės santykį; Šiuo metodu paprastai galima gauti tūrį. Naudojant 40–60 % vandenilio ir didelio šilumingumo sintezės dujų trūkumas yra tas, kad derva susidaro kaip šalutinis produktas. Todėl šiuo metu tolimesnis šios technologijos taikymas yra ekonomiškai efektyvių katalizatorių tyrimas, siekiant padidinti vandenilio gamybą, sumažinti dujinimo temperatūrą, skatinti deguto krekingą ir plėtoti žaliosios dervos apdorojimo technologiją, paversti dervą į vertingas sintezės dujas ir vandenilio atskyrimo sistemas.
Terminio krekingo reformavimo technologija:Šios technologijos principas – netiesiogiai kaitinti biomasę 350–600 laipsnių temperatūroje ir izoliuoti orą bei deguonį (arba ribotą deguonį), kad jį būtų galima pirolizuoti ir paversti biotaru, koksu ir dujomis. Angliavandeniliai toliau kataliziškai krekinguojami, kad gautų daug vandenilio turinčių dujų, o dujos atskiriamos, kad būtų gautas vandenilis. Naudojant katalizatorių, vandenilio tūrinė dalis pirolizės dujose gali siekti 30–50%. Tačiau pirolizės proceso metu susidaręs dervas rūdys įrangą ir vamzdynus, todėl sumažės vandenilio gamybos efektyvumas. Kiti pagrindiniai žingsniai šiuo metu yra naujų ekonomiškų katalizatorių kūrimas, pigių dervų šalinimo procesų, vandenilio atskyrimo procesų ir kt.
Superkritinis vandens garinimas: reiškia biomasės skilimą superkritiniame vandenyje, kad susidarytų H2, CO, CO2, CH4 ir kitos dujos pirolizės, hidrolizės, kondensacijos ir dehidrogenavimo būdu. Biomasės superkritinio vandens garinimo vandenilio gamybos technologija sunaudoja palyginti daug energijos. Didelis, deguto šalutinių produktų gamyba ir kitos problemos. Nors šios technologijos žaliavos kaina yra maža, superkritinės vandens sistemos eksploatavimo sąnaudos ir pradinės investicijos yra didelės, o didelio masto demonstracinių projektų nėra, todėl trumpuoju laikotarpiu ji negali būti reklamuojama komerciniam naudojimui.
2 technologijos kelias: biologinis metodas
Biologinius metodus galima suskirstyti į tiesioginę fotolizę, netiesioginę fotolizę, šviesiąją fermentaciją, tamsiąją fermentaciją, šviesiai tamsoje susietą fermentaciją, fermentų konversiją be ląstelių ir kitus suskirstytus kelius; skirtingi techniniai keliai turi savų privalumų ir trūkumų, tarp kurių šviesa ir tamsa Sujungta fermentacija gali ne tik iki tam tikro lygio sumažinti šviesos energijos poreikį, bet ir žymiai padidinti vandenilio gamybą. Šiuo metu tai yra pagrindinė biologinės vandenilio gamybos plėtros kryptis.
(3) Biomasės vandenilio gamybos pažanga šalyje ir užsienyje
Užsienio atstovas – Jungtinė Karalystė:
2023 metų pradžioje Didžiosios Britanijos verslo, energetikos ir pramonės strategijos departamentas (BEIS) paskelbė, kad investuos 30 mln. Konkrečios finansavimo kryptys:
Pirminis žaliavų apdorojimas: sukurkite nebrangią, energiją taupančią ir efektyvią žaliavų pirminio apdorojimo technologiją, kad optimizuotumėte biomasę ir žaliavų atliekas. Įskaitant granuliavimo technologiją, mechaninio rūšiavimo technologiją, terminio apdorojimo ir kalcinavimo technologiją ir kt.;
Pažangios dujinimo technologijos ir jos komponentų tyrimai ir plėtra: dėmesys skiriamas sintetinių dujų kokybės gerinimui ir vandenilio gamybos efektyvumo didinimui. Įskaitant stebėjimo technologiją realiuoju laiku, fizinio pašalinimo technologiją, cheminio pašalinimo technologiją, katalizinio ir terminio dervos pašalinimo technologiją, sintezės dujų slėgio svyravimo adsorbcijos technologiją, dujofikatoriaus integravimo technologiją ir kt.;
Nauja biomasės vandenilio gamybos technologija: sutelkite dėmesį į naujos biomasės vandenilio gamybos technologijos kūrimą, kurią galima derinti su anglies surinkimu. Įskaitant anaerobinės fermentacijos vandenilio gamybos technologiją, fotofermentacijos vandenilio gamybos technologiją, nuotekų valymo technologiją, metano riformingo vandenilio gamybos technologiją, pirolizės technologiją ir kt.;
Kinija:
Biologinė vandenilio gamyba – anksčiau buvo laboratorinėje stadijoje; 2023 m. pradžioje Harbine pradėtas įgyvendinti pirmasis šalyje integruotas biologinės vandenilio gamybos ir elektros energijos gamybos projektas (naudojama biomasės-atliekų fermentacijos vandenilio gamybos technologija, naudojami šiaudai, kraštovaizdžio atliekos, Maisto atliekos, labai koncentruotos organinės nuotekos ir kt. fermentacijos substratai ir veiksmingi anaerobiniai vandenilį gaminantys štamai naudojami kaip vandenilio gamintojai atliekoms apdoroti, tuo pačiu išgaunant didelį kiekį švarios energijos vandenilio.
Termocheminė vandenilio gamyba – daugiausia naudojama biomasei arba atliekoms, kuriose yra mažai vandens, pavyzdžiui, komunalinėms atliekoms ir pramoninėms kietosioms atliekoms, kuriose yra daugiau kartono, plastiko ir kitų medžiagų. Vidaus įmonės, tokios kaip Dongfang Boiler, Datang Group ir kitos tradicinės energetikos įmonės, vandenilio gamybai taiko pirolizės dujofikavimą. Tačiau dėl sudėtingo dujų apdorojimo proceso Kinijoje šiuo metu nėra brandaus komercinio projekto šiuo maršrutu. Jiman Technology, gimusi iš Kinijos mokslų akademijos, šiuo metu skatina mažo masto ir bandomojo masto demonstracinių projektų kūrimą.
(4) Pagrindiniai požiūriai ir išvados dėl biomasės vandenilio gamybos:
Biomasės vandenilio gamyboje galima efektyviai panaudoti pramonės, žemės ūkio ir miesto atliekas, tačiau statybos vieta yra ribojama žaliavų tiekimo zonos ir yra paskirstytas vandenilio gamybos kelias; jo tiesioginis produktas yra vandenilio turinčios sintezės dujos, kuriose bus priemaišų, tokių kaip CO, H2S ir derva. Prieš naudojant dujas reikia toliau atskirti, kad būtų gautas vandenilis, kuris labiau tinka kaip kuras arba pramoninė žaliava.
Termocheminis metodas: konversijos greitis yra greitas, tačiau tam reikia didelės įrangos, katalizatorių ir pan., o dujas atskirti sunku; galime sutelkti dėmesį į pagrindines proveržio kryptis, tokias kaip nauji katalizatoriai, dervos reformavimas ir panaudojimas bei dujų atskyrimo procesai ir įranga.
Biologinis metodas: didelis derlius, maža kaina, tačiau daug priemaišų; tarp jų šviesios ir tamsos susietos fermentacijos vandenilio gamyba pasižymi sparčiausiu vandenilio gamybos efektyvumu ir didžiausiu substrato panaudojimu, ir tikimasi, kad ateityje ji taps pagrindine biologinio vandenilio gamybos taikymo technologija.
Apibendrinant galima teigti, kad biomasės vandenilio gamyba vis dar yra pradiniame etape, o kai kurios komercinės demonstracijos vis dar koncentruojasi nedidelio masto ir bandomuosiuose etapuose. Jo taikymo scenarijai daugiausia yra pramoninio kuro žaliavos. Šioje srityje daugiausia dėmesio gali būti skiriama: biologinės fermentacijos vandenilio gamybai. Pagrindinės sąsajos apima didelio efektyvumo vandenilį gaminančių bakterijų auginimą, transformavimą ir paruošimą, šviesiai ir tamsoje susietos fermentacijos vandenilio gamybos metodą, pirminį biologinių vandenilio gamybos žaliavų apdorojimą ir vandenilio atskyrimo proceso įrangą.
susiję produktai ehisen
