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生物质热化学制氢的研究现状与前景 常 杰 吕鹏梅王铁军 中国科学院广州能源研究所 摘要本文介绍了近十年来国内外生物质热化学制氢的研究进展情况以及相关的 工艺及催化剂研究与开发现状，对相关工艺的发展前景进行了预测。通过比较几 种生物质热化学制氢工艺的经济性和发展前景，认为生物质催化制氢是后续能源 中最有发展潜力的一种制氢方法。着重介绍了中国科学院广州能源研究所承担的 “十五”期间国家863项目在生物质催化制氢方面所取得的必威体育精装版研究成果。 关键词 生物质热化学制氢 1前言 氢能是一种“含能体”二次能源，具有导热系数高(比普通气体高10倍以上)、发热 值高(约为汽油的3倍)、燃烧快、无环境污染(燃烧产物为水)等特点，不仅可通过核 聚变产生巨大的能量(1k氢可释放出相当于25000t标准煤的燃烧热)，而且可通过与氧 X105 kl／kg(竭)]。 化剂的化学反应放出很大的热量[氢氧反应的标准燃烧热△Jr-／o=1．21 氢能不仅广泛应用于军事、航天、化工。而且随着燃料电池、氢气内燃机的开发与发展， 其必将作为化石燃料的替代能源在交通运输、电力等方面有广阔的应用前景。用氢制成燃 料电池可直接发电，采用燃料电池和氢气一蒸汽联合循环发电，其能量转换效率将远高于 现有的火电厂。随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善，氢能将在21世纪的能源舞台显 示其重要作用。 目前世界上96％的氢来自于化石燃料，除很少一部分用于能源外，多数作为化工原 料用于石油化工、食品、电子和冶金等工业。然而随着燃料电池系统的推广应用及对零排 放燃料需求的不断增长，氢能在能源市场所占的份额将会不断增加。化石燃料是非再生能 源，不仅其储量有限，而且其使用过程中对环境的污染特别严重。化石燃料从其生产、加 工、运输及使用过程的每一个环节都会对环境造成不同程度的污染(包括大气、水、土的 污染)。因此，减少对化石资源的需求已成为许多国家的能源战略的重点问题。鉴于此我 国已开展了多种制氢方法的研究，多途径开发氢源，促进我国氢能的发展…。在可能替 代化石燃料的能源中，生物质以其可再生、产量巨大、可储存、碳循环等优点而引人注 目，全球每年生物质的产量相当于总能量需求的10倍以上。因此，从生物质制氢，不仅 可以减少污染，而且能够实现氢能生产的可持续发展，达到资源一能源一环境一体化的战 略目标，从中长期看是最有前途的制氢方式。 生物质热化学制氢主要可分为直接制氢与间接制氢两大类，包括快速热解液化间接制 214 氢及水蒸气部分氧化、催化气化、高温等离子体、超临界水等直接制氢方法，各种制氢方 法都有各自的优点，但也有一定的局限性。 2快速热解间接制氢 间接制氢是指将生物质热解液化为液体产物，然后再将液体燃物气化制氢的方法。美 国NREL实验室提出了生物质快速热解液化为生物衍生油(BD0)，然后利用成熟的渣油 制氢工艺及技术通过裂解或水蒸气重整制氢的工艺路线。小型固定床试验结果表明，Ni 基催化剂对氢的生成十分有利(可取得最大理论产氢率的80％)，但大量的Co产物需要 水蒸气变换的后续步骤转化为氢；模型化合物试验取得了令人满意的结果，但实际生物质 运行中，由于焦炭的产生及生物质油的独特性质影响了催化剂寿命及试验的连续运转，解 决办法还有待研究。由于采用间接化的制氢方法，工艺的复杂性增加了运行成本，而且由 于水蒸气重整能耗很高。因此，要将该工艺经济地产氢，降低原料成本是十分重要的。 3水蒸气部分氧化制氢 国外对生物质的水蒸气催化气化已进行了相当多的实验研究，其单位千克生物质产氢 率从30 g到80g不等。美国夏威夷大学和天然气能源研究所合作建立的一套流化床气化 制氢装置在水蒸气和生物质的摩尔比为1．7的情况下，每千克生物质(去湿、除灰)可产 生128 JOR3一C197— g氢气，达到了该生物质最大理论产氢量的78％【2J。欧洲JOULE 0196计划从1998年开始，研究从生物质水蒸气气化产富氢气体，研究目标为发展流化床