近日，能動學(xué)院碩士生楊鐵兵在《化學(xué)工程》（Chemical Engineering Journal）發(fā)表題為“生物質(zhì)超臨界CO2氣化、空氣氣化和蒸汽氣化原位吸儲氫強(qiáng)化制氫新設(shè)計”（Novel design of in-situ hydrogen sorption/storage integrated enhanced hydrogen production in supercritical CO2 gasification, air gasification, and steam gasification from biomass）的研究成果。楊鐵兵為第一作者，豆斌林教授為通訊作者，上海理工大學(xué)為第一單位。
氫能發(fā)展涉及氫生產(chǎn)、儲運(yùn)、應(yīng)用等多個產(chǎn)業(yè)鏈。目前最主要的制氫途徑是化石能源制氫，不僅能耗水耗高、排放大量二氧化碳，而且消耗不可再生資源，過程不可持續(xù)。對此，有科研團(tuán)隊利用生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫，這一方式使得廢棄生物質(zhì)得到資源化利用，其規(guī)?？纱罂尚?，被認(rèn)為是具實用化，有較大發(fā)展?jié)摿Φ母咝А⒌统杀局茪浼夹g(shù)。
然而，常規(guī)生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫流程普遍存在產(chǎn)氫率不高、能耗高、氫氣分離困難、流程復(fù)雜等問題，極大的限制了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。為解決生物質(zhì)制氫和儲氫難題，楊鐵兵所在團(tuán)隊首次提出在生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫的同時原位吸收儲存氫，依據(jù)化學(xué)平衡移動的勒夏特列原理，干涉、打破了水汽變換熱力學(xué)平衡限制，體系平衡持續(xù)移動和氫原位吸附大大強(qiáng)化了水汽變換反應(yīng)，降低了一氧化碳濃度，抑制了甲烷化副反應(yīng)，提高了原料轉(zhuǎn)化率和制氫選擇性；研究較好的避開了儲氫材料無法實現(xiàn)大容量儲氫的限制，將儲氫材料作為載氫體，實現(xiàn)了氫的連續(xù)儲存轉(zhuǎn)移，通過加熱再生，一步獲得純氫，極大的節(jié)省了傳統(tǒng)生物質(zhì)制氫流程，同時兼顧解決了氫壓縮、儲存等問題；固體材料吸收氫氣的放熱連同水汽變換放熱，能被生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫的吸熱反應(yīng)利用，體系能量傳輸與利用更高效、節(jié)能。
論文針對三種典型的生物質(zhì)氣化方式，利用熱力學(xué)分析，比較了生物質(zhì)不同氣化方式原位儲氫制氫的區(qū)別，分析了過程反應(yīng)條件和操作參數(shù)選擇，確定了原位儲氫打破水汽變換制氫熱力學(xué)平衡限制對強(qiáng)化制氫的影響程度，通過工藝系統(tǒng)內(nèi)部能量綜合利用，探討了如何進(jìn)一步提高生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫、原位儲氫的能量效率和降低制儲氫成本。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金和上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人項目支持。
生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化制氫儲氫系統(tǒng)設(shè)計
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724015158
供稿：能動學(xué)院
