(1) Koncept og definition af biomasseproduktion af brint
Biomasseproduktion af brint refererer hovedsageligt til brugen af forgasning eller mikrobiel katalytisk deoxygenering til fremstilling af brintholdig syntesegas, efter at biomasse har gennemgået forskellige forbehandlinger. Kinas årlige tilgængelige biomasseressourcer er omkring 3,5 milliarder tons, hvoraf de vigtigste kilder er energiafgrøder, landbrugsaffaldsrester, skovbrugsaffaldsrester og fast industri- og byaffald. Brugen af biomasseråmaterialer til at producere brint er en metode, der tilpasser sig Kinas nationale forhold og har en god teknologisk rute for brintproduktion med lovende udviklingsmuligheder. Da råmaterialet i nogle scenarier er kulstofholdig biomasse, betragtes denne vej også som en "kulstofnegativ" brintproduktionsvej, og den brint, der produceres af denne vej, kaldes også "smaragdbrint" eller "supergrøn brint."
(2) Teknisk vej for brintproduktion fra biomasse
Biomassebrintproduktionsteknologi kan hovedsageligt opdeles i to hovedveje: termokemisk brintproduktion og biologisk brintproduktion. Termokemisk brintproduktion kan opdeles i tre underopdelte tekniske veje: dampfordampning, superkritisk vandfordampning og termisk krakning og reformering af biomasse; biologisk brintproduktion kaldes også mikrobiel nedbrydningsmetode og biomassefermentering brintproduktion, herunder direkte fotolyse/indirekte Der er forskellige underopdelte veje såsom fotolyse, lysfermentering, mørk fermentering, lys-mørke koblet fermentering, cellefri enzymbiotransformation mv.
Teknologisti 1: Termokemisk metode
Henviser til metoden til at omdanne biomasse til brintrig brændbar gas gennem termokemisk behandling og derefter opnå ren brint gennem separation. Denne metode kan producere brint direkte fra biomasseråmaterialer eller fra mellemprodukter fra biomassedepolymerisering (såsom methanol, ethanol). Ifølge forskellige specifikke processer kan den yderligere opdeles i dampforgasningsteknologi, superkritisk vandforgasningsteknologi og biomassepyrolysereformeringsteknologi:
Dampforgasningsteknologi: Dampforgasning Brintproduktionsteknologi vælger damp som forgasningsmiddel. Formålet med forgasningsbehandling af biomasseråstoffer er at fjerne ikke-brændbare komponenter som nitrogen og vand for at øge brændslets brændværdi. Samtidig kan fjernelse af svovl og nitrogen forhindre deres produkter i at komme ind i atmosfæren og reducere masseforholdet mellem kulbrinteelementer; denne metode kan generelt opnå volumen. Ulempen ved at bruge 40% til 60% brint og høj brændværdi syntesegas er, at tjære produceres som et biprodukt. Derfor er udforskning af omkostningseffektive katalysatorer til at øge brintproduktionen, reducere forgasningstemperaturen, fremme tjærekrakning og udvikle teknologi til behandling af grøn tjære, omdannelse af tjære til værdifuld syntesegas og hydrogenseparationssystemer i øjeblikket den videre anvendelse af denne teknologi.
Termisk revnedannelsesteknologi:Princippet i denne teknologi er indirekte at opvarme biomasse ved 350 til 600 grader og isolere luft og ilt (eller begrænset ilt), så det kan pyrolyseres og omdannes til biotar, koks og gas. Kulbrinterne krakkes yderligere katalytisk for at opnå brintrig gas, og gassen adskilles for at opnå brint. Under forudsætningen af at bruge en katalysator kan volumenfraktionen af brint i pyrolysegassen nå op på 30% til 50%. Den tjære, der produceres under pyrolyseprocessen, vil dog korrodere udstyr og rørledninger, hvilket forårsager et fald i effektiviteten af brintproduktionen. De næste vigtige trin på nuværende tidspunkt er udviklingen af nye økonomiske katalysatorer, forskning og udvikling af billige tjærefjernelsesprocesser, hydrogenseparationsprocesser osv.
Superkritisk vandfordampning: refererer til nedbrydning af biomasse i superkritisk vand for at producere H2, CO, CO2, CH4 og andre gasser gennem pyrolyse, hydrolyse, kondensation og dehydrogenering. Biomasse superkritisk vandfordampning brintproduktionsteknologi har et relativt højt energiforbrug. Store, produktion af tjære biprodukter og andre problemer. Selvom råvareprisen på denne teknologi er lav, er driftsomkostningerne og den indledende investering af det superkritiske vandsystem høje, og der er ingen storskala demonstrationsprojekter, så det kan ikke fremmes til kommerciel brug på kort sigt.
Teknologisti 2: Biologisk metode
Biologiske metoder kan opdeles i direkte fotolyse, indirekte fotolyse, lys gæring, mørk fermentering, lys-mørke koblet fermentering, cellefri enzymomdannelse og andre underopdelte veje; forskellige tekniske veje har deres egne fordele og ulemper, blandt hvilke lys og mørk Koblet gæring ikke kun kan reducere efterspørgslen efter lysenergi til en vis grad, men også øge produktionen af brint betydeligt. Det er den vigtigste udviklingsretning for biologisk brintproduktion i øjeblikket.
(3) Fremskridt inden for biomasseproduktion af brint i ind- og udland
Udenrigsrepræsentant - Storbritannien:
I begyndelsen af 2023 annoncerede det britiske Department of Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS), at det ville investere 30 millioner pund for at støtte innovation inden for biomasseproduktionsteknologi for brint. Specifikke finansieringsanvisninger:
Råmaterialeforbehandling: udvikle billig, energibesparende og effektiv råvareforbehandlingsteknologi for at optimere biomasse og affaldsråmaterialer. Herunder granuleringsteknologi, mekanisk sorteringsteknologi, varmebehandlings- og calcineringsteknologi osv.;
Forskning og udvikling af avanceret forgasningsteknologi og dens komponenter: fokus på at forbedre kvaliteten af syngas og forbedre effektiviteten af brintproduktionen. Inklusive overvågningsteknologi i realtid, teknologi til fysisk fjernelse, teknologi til fjernelse af kemikalier, teknologi til fjernelse af katalytisk og termisk tjære, teknologi til adsorption af syntesegastryksving, teknologi til integration af forgasser osv.;
Ny biomasseproduktionsteknologi for brint: Fokus på at udvikle ny biomassebrintproduktionsteknologi, der kan kombineres med kulstoffangst. Herunder anaerob fermentering af brintproduktionsteknologi, fotofermenteringsbrintproduktionsteknologi, spildevandsbehandlingsteknologi, methanreformerende brintproduktionsteknologi, pyrolyseteknologi osv.;
Kina:
Biologisk brintproduktion - den har været i laboratoriestadiet før; i begyndelsen af 2023 blev landets første integrerede biologiske brintproduktion og elproduktionsprojekt lanceret i Harbin (ved brug af biomasse-affaldsfermenteringsteknologi, brug af halm fra landbrugsaffald, landskabsaffald, madaffald, højt koncentreret organisk spildevand osv. bruges som fermenteringssubstrater og effektive anaerobe brintproducerende stammer bruges som brintproducenter til at behandle affald og genvinde en stor mængde ren energi, brint. Teknologien kommer fra teamet af akademiker Ren Nanqi fra Harbin Institute of Technology).
Termokemisk brintproduktion - primært brugt til biomasse eller affald med lavt vandindhold, såsom kommunalt affald og industrielt fast affald indeholdende mere pap, plastik og andre stoffer. Indenlandske virksomheder som Dongfang Boiler, Datang Group og andre traditionelle energivirksomheder anvender pyrolyseforgasning til at producere brint. Men på grund af kompleksiteten af gasbehandlingsprocessen er der i øjeblikket ikke noget modent kommercielt driftsprojekt i Kina under denne rute. Jiman Technology, som blev født ud af det kinesiske videnskabsakademi, fremmer i øjeblikket opførelsen af demonstrationsprojekter i lille skala og i pilotskala.
(4) Hovedsynspunkter og konklusioner om biomasseproduktion af brint:
Biomasseproduktion af brint kan effektivt udnytte industri-, landbrugs- og byaffald, men byggepladsen er begrænset af råvareforsyningsområdet og er en distribueret brintproduktionsvej; dets direkte produkt er hydrogenholdig syntesegas, som vil indeholde urenheder som CO, H2S og tjære. Gassen skal adskilles yderligere for at opnå brint, før den kan bruges, hvilket er mere velegnet som brændstof eller industrielt råmateriale.
Termokemisk metode: Omdannelseshastigheden er hurtig, men den kræver højt udstyr, katalysatorer osv., og gasseparation er vanskelig; vi kan fokusere på vigtige banebrydende retninger såsom nye katalysatorer, tjærereformering og udnyttelse samt gasseparationsprocesser og -udstyr.
Biologisk metode: højt udbytte, lave omkostninger, men mange urenheder; blandt dem har lys-mørke koblet fermenteringsbrintproduktion den hurtigste brintproduktionseffektivitet og den højeste substratudnyttelsesgrad og forventes at blive den almindelige anvendelsesteknologi for biologisk brintproduktion i fremtiden.
Sammenfattende er produktionen af biomassebrint generelt stadig i de tidlige stadier, og nogle kommercielle demonstrationer er stadig koncentreret i småskala- og pilotfaserne. Dens anvendelsesscenarier er hovedsageligt som industrielle brændselsråmaterialer. Dette felt kan fokusere på: biologisk fermentering af brintproduktion. Nøgleled omfatter dyrkning, transformation og fremstilling af højtydende brintproducerende bakterier, den lys-mørke koblede fermenteringsbrintproduktionsmetode, forbehandling af biologiske brintproduktionsråmaterialer og brintseparationsprocesudstyr.
relaterede produkter i ehisen
