(1) Појам и дефиниција производње водоника из биомасе
Производња водоника из биомасе се углавном односи на употребу гасификације или микробне каталитичке деоксигенације за производњу синтетског гаса који садржи водоник након што се биомаса подвргне различитим претходним третманима. Кинески годишњи расположиви ресурси биомасе износе око 3,5 милијарди тона, чији су главни извори енергетски усеви, остаци пољопривредног отпада, остаци шумарског отпада и индустријски и урбани чврсти отпад. Употреба сировина из биомасе за производњу водоника је метода која се прилагођава кинеским националним условима и има добру технологију производње водоника са обећавајућим изгледима за развој. Пошто је сировина у неким сценаријима биомаса која садржи угљеник, овај пут се такође сматра „угљенично-негативним“ путањом производње водоника, а водоник произведен овим путем назива се и „смарагдни водоник“ или „супер зелени водоник“.
(2) Технички пут за производњу водоника из биомасе
Технологија производње водоника из биомасе може се углавном поделити на два главна пута: термохемијска производња водоника и биолошка производња водоника. Термохемијска производња водоника може се поделити на три подељена техничка пута: испаравање паром, суперкритично испаравање воде и термичко крековање и реформисање биомасе; биолошка производња водоника се такође назива методом микробне деградације и производња водоника ферментацијом биомасе, укључујући директну фотолизу/индиректну. Постоје различити подељени путеви као што су фотолиза, светла ферментација, тамна ферментација, ферментација са светлом и тамом, биотрансформација ензима без ћелија итд.
Технолошки пут 1: Термохемијска метода
Односи се на методу претварања биомасе у запаљиви гас богат водоником кроз термохемијски третман и затим добијање чистог водоника кроз сепарацију. Ова метода може произвести водоник директно из сировина биомасе, или из међупроизвода деполимеризације биомасе (као што су метанол, етанол). Према различитим специфичним процесима, може се даље поделити на технологију гасификације паром, технологију суперкритичне гасификације воде и технологију реформисања пиролизе биомасе:
Технологија гасификације паром: Технологија производње водоника за гасификацију паром бира пару као агенс за гасификацију. Сврха третмана гасификацијом сировина биомасе је уклањање незапаљивих компоненти као што су азот и вода како би се повећала калоријска вредност горива. Истовремено, уклањање сумпора и азота може спречити улазак њихових производа у атмосферу и смањити масени однос угљоводоничних елемената; овим методом се генерално може добити запремина. Недостатак коришћења 40% до 60% водоника и синтетског гаса високе калоричне вредности је што се катран производи као нуспроизвод. Стога, истраживање исплативих катализатора за повећање производње водоника, смањење температуре гасификације, промовисање пуцања катрана и развој технологије третмана зеленог катрана, реформисање катрана у вредан синтезни гас и системе за одвајање водоника су тренутно даља примена ове технологије.
Технологија реформисања термичког пуцања:Принцип ове технологије је да се биомаса индиректно загреје на 350 до 600 степени и изолује ваздух и кисеоник (или ограничен кисеоник), тако да се може пиролизирати и претворити у биотар, кокс и гас. Угљоводоници се даље каталитички крекују да би се добио гас богат водоником и гас се одваја да би се добио водоник. Под претпоставком коришћења катализатора, запремински удео водоника у гасу пиролизе може да достигне 30% до 50%. Међутим, катран произведен током процеса пиролизе ће кородирати опрему и цевоводе, узрокујући смањење ефикасности производње водоника. Следећи кључни кораци тренутно су развој нових економичних катализатора, истраживање и развој јефтиних процеса уклањања катрана, процеса одвајања водоника, итд.
Суперкритично испаравање воде: односи се на разлагање биомасе у суперкритичној води за производњу Х2, ЦО, ЦО2, ЦХ4 и других гасова кроз пиролизу, хидролизу, кондензацију и дехидрогенацију. Технологија производње водоника са суперкритичном испаравањем воде на биомаси има релативно високу потрошњу енергије. Велики, производња нуспроизвода катрана и други проблеми. Иако је цена сировина ове технологије ниска, оперативни трошкови и почетна улагања у систем суперкритичне воде су високи, а нема великих демонстрационих пројеката, тако да се не може промовисати за комерцијалну употребу у кратком року.
Технолошки пут 2: Биолошка метода
Биолошке методе се могу поделити на директну фотолизу, индиректну фотолизу, светлосну ферментацију, тамну ферментацију, ферментацију са светлом и тамом, конверзију ензима без ћелија и друге подељене путеве; различити технички путеви имају своје предности и недостатке, међу којима светла и тамна спрегнута ферментација не само да може у одређеној мери смањити потражњу за светлосном енергијом, већ и значајно повећати производњу водоника. То је тренутно главни развојни правац биолошке производње водоника.
(3) Напредак производње водоника из биомасе у земљи и иностранству
Страни представник - Уједињено Краљевство:
Почетком 2023. године, британско одељење за пословну, енергетску и индустријску стратегију (БЕИС) објавило је да ће уложити 30 милиона фунти за подршку иновацијама у технологији производње водоника из биомасе. Конкретни правци финансирања:
Предтретман сировина: развити јефтину, штедљиву и ефикасну технологију предтретмана сировина за оптимизацију биомасе и отпадних сировина. Укључујући технологију гранулације, технологију механичког сортирања, технологију топлотне обраде и калцинације, итд.;
Истраживање и развој напредне технологије гасификације и њених компоненти: фокусирање на побољшање квалитета сингаса и побољшање ефикасности производње водоника. Укључујући технологију праћења у реалном времену, технологију физичког уклањања, технологију хемијског уклањања, технологију каталитичког и термалног уклањања катрана, технологију адсорпције промене притиска синтезног гаса, технологију интеграције гасификатора, итд.;
Нова технологија производње водоника из биомасе: Фокусирајте се на развој нове технологије производње водоника из биомасе која се може комбиновати са хватањем угљеника. Укључујући технологију производње водоника анаеробне ферментације, технологију производње водоника фотоферментацијом, технологију третмана отпадних вода, технологију производње водоника реформисањем метана, технологију пиролизе, итд.;
Кина:
Биолошка производња водоника – раније је била у лабораторијској фази; почетком 2023. године, у Харбину је покренут први интегрисани пројекат биолошке производње водоника и производње електричне енергије у земљи (користећи технологију производње водоника ферментацијом из биомасе, коришћењем пољопривредног отпада, отпада од уређења простора, отпада од хране, висококонцентроване органске отпадне воде итд. ферментациони супстрати, а ефикасни анаеробни сојеви који производе водоник се користе као произвођачи водоника за прераду отпада уз обнављање велике количине чистог енергетског водоника. Технологија долази од тима академика Рен Нанкија са Харбинског технолошког института).
Термохемијска производња водоника - углавном се користи за биомасу или отпад са ниским садржајем воде, као што је комунални отпад и индустријски чврсти отпад који садржи више картона, пластике и других супстанци. Домаћа предузећа као што су Донгфанг Боилер, Датанг Гроуп и друга традиционална енергетска предузећа примењују гасификацију пиролизе за производњу водоника. Међутим, због сложености процеса прераде гаса, тренутно не постоји зрели комерцијални оперативни пројекат у Кини на овој рути. Јиман Тецхнологи, која је настала из Кинеске академије наука, тренутно промовише изградњу малих и пилот пројеката демонстрације.
(4) Главни ставови и закључци о производњи водоника из биомасе:
Производња водоника из биомасе може ефикасно да искористи индустријски, пољопривредни и урбани отпад, али локација изградње је ограничена подручјем снабдевања сировинама и представља дистрибуирани пут производње водоника; његов директни производ је синтезни гас који садржи водоник, који ће садржати нечистоће као што су ЦО, Х2С и катран. Гас треба даље да се одвоји да би се добио водоник пре него што се може користити, који је погоднији као гориво или индустријска сировина.
Термохемијска метода: Стопа конверзије је брза, али захтева високу опрему, катализаторе итд., а одвајање гаса је тешко; можемо се фокусирати на кључне пробојне правце као што су нови катализатори, реформисање и коришћење катрана и процеси и опрема за одвајање гаса.
Биолошка метода: висок принос, ниска цена, али много нечистоћа; међу њима, производња водоника ферментацијом светло-тамно има најбржу ефикасност производње водоника и највећу стопу искоришћења супстрата, и очекује се да ће постати главна технологија примене биолошке производње водоника у будућности.
Укратко, производња водоника из биомасе је генерално још увек у раним фазама, а неке комерцијалне демонстрације су још увек концентрисане у малим и пилот фазама. Сценарији његове примене су углавном као сировине за индустријско гориво. Ова област се може фокусирати на: биолошка ферментација производња водоника. Кључне везе обухватају култивацију, трансформацију и припрему бактерија које производе водоник високих перформанси, методу производње водоника ферментацијом светло-тамно, предтретман биолошких сировина за производњу водоника и процесну опрему за одвајање водоника.
сродни производи у Ехисену
