(1) Концепція та визначення виробництва водню з біомаси
Виробництво водню з біомаси в основному стосується використання газифікації або мікробної каталітичної дезоксигенації для отримання водневмісного синтез-газу після того, як біомаса проходить різну попередню обробку. Річні доступні ресурси біомаси Китаю становлять близько 3,5 мільярдів тонн, основними джерелами яких є енергетичні культури, залишки сільськогосподарських відходів, залишки відходів лісового господарства та промислові та міські тверді відходи. Використання сировини з біомаси для виробництва водню є методом, який адаптується до національних умов Китаю та має хорошу технологію виробництва водню з багатообіцяючими перспективами розвитку. Оскільки сировиною в деяких сценаріях є вуглецевмісна біомаса, цей шлях також розглядається як «вуглецево-негативний» шлях виробництва водню, а водень, отриманий цим шляхом, також називається «смарагдовим воднем» або «суперзеленим воднем».
(2) Технічний шлях виробництва водню з біомаси
Технологію виробництва водню з біомаси можна в основному розділити на два основні шляхи: термохімічне виробництво водню та біологічне виробництво водню. Термохімічне виробництво водню можна розділити на три підрозділи: випаровування парою, надкритичне випаровування води та термічний крекінг і реформінг біомаси; біологічне виробництво водню також називають методом мікробної деградації та виробництвом водню шляхом ферментації біомаси, включаючи прямий/непрямий фотоліз. Існують різні шляхи, такі як фотоліз, світлове бродіння, темне бродіння, поєднане світло-темряве бродіння, безклітинна біотрансформація ферментів тощо.
Технологічний шлях 1: Термохімічний метод
Відноситься до методу перетворення біомаси в збагачений воднем горючий газ шляхом термохімічної обробки з подальшим отриманням чистого водню шляхом сепарації. Цей метод може виробляти водень безпосередньо з сировини біомаси або з проміжних продуктів деполімеризації біомаси (таких як метанол, етанол). Відповідно до різних конкретних процесів, її можна далі розділити на технологію парової газифікації, технологію надкритичної газифікації води та технологію реформінгу піролізу біомаси:
Технологія парової газифікації: Технологія виробництва водню з газифікацією парою вибирає пару як агент газифікації. Метою газифікаційної обробки сировини біомаси є видалення негорючих компонентів, таких як азот і вода, для підвищення теплотворної здатності палива. У той же час видалення сірки і азоту може запобігти потраплянню їх продуктів в атмосферу і зменшити масове співвідношення вуглеводневих елементів; цей метод, як правило, може отримати об’єм. Недоліком використання від 40% до 60% водню та висококалорійного синтез-газу є те, що гудрон утворюється як побічний продукт. Таким чином, дослідження економічно ефективних каталізаторів для збільшення виробництва водню, зниження температури газифікації, сприяння крекінгу гудрону та розробки технології очищення гудрону, перетворення гудрону в цінний синтез-газ і системи розділення водню наразі є подальшим застосуванням цієї технології.
Технологія реформінгу термічного крекінгу:Принцип цієї технології полягає в непрямому нагріванні біомаси від 350 до 600 градусів і ізоляції повітря та кисню (або обмеженої кількості кисню), щоб її можна було піролізувати та перетворити на біосмолу, кокс і газ. Вуглеводні далі піддають каталітичному крекінгу для отримання газу, багатого воднем, і газ відокремлюють для отримання водню. За умови використання каталізатора об’ємна частка водню в піролізному газі може досягати 30–50 %. Однак смола, що утворюється в процесі піролізу, роз'їдає обладнання та трубопроводи, спричиняючи зниження ефективності виробництва водню. Наступними ключовими кроками на даний момент є розробка нових економічних каталізаторів, дослідження та розробка недорогих процесів видалення гудрону, процесів виділення водню тощо.
Надкритичне випаровування води: відноситься до розкладання біомаси в надкритичній воді з утворенням H2, CO, CO2, CH4 та інших газів шляхом піролізу, гідролізу, конденсації та дегідрування. Технологія виробництва водню з надкритичним випаровуванням води з біомаси має відносно високе енергоспоживання. Великі, виробництво побічних продуктів дьогтю та інші проблеми. Незважаючи на те, що ціна сировини для цієї технології низька, експлуатаційні витрати та початкові інвестиції в систему надкритичної води є високими, і немає великомасштабних демонстраційних проектів, тому її не можна просувати для комерційного використання в короткостроковій перспективі.
Технологічний шлях 2: Біологічний метод
Біологічні методи можна розділити на прямий фотоліз, непрямий фотоліз, світлове бродіння, темне бродіння, поєднане світло-темряве бродіння, безклітинну ферментативну конверсію та інші поділені шляхи; Різні технічні шляхи мають свої переваги та недоліки, серед яких світла та темна поєднана ферментація може не тільки зменшити попит на світлову енергію до певної міри, але й значно збільшити виробництво водню. На даний момент це основний напрямок розвитку виробництва біологічного водню.
(3) Розвиток виробництва водню з біомаси в країні та за кордоном
Іноземний представник - Велика Британія:
На початку 2023 року Департамент бізнесу, енергетики та промислової стратегії Великобританії (BEIS) оголосив, що інвестує 30 мільйонів фунтів на підтримку інновацій у технології виробництва водню з біомаси. Конкретні напрями фінансування:
Попередня обробка сировини: розробіть недорогу, енергозберігаючу та ефективну технологію попередньої обробки сировини для оптимізації біомаси та відходів сировини. Включаючи технологію гранулювання, технологію механічного сортування, технологію термічної обробки та прожарювання тощо;
Дослідження та розробка передової технології газифікації та її компонентів: фокус на покращенні якості синтез-газу та підвищенні ефективності виробництва водню. Включаючи технологію моніторингу в реальному часі, технологію фізичного видалення, технологію хімічного видалення, технологію каталітичного та термічного видалення смоли, технологію адсорбції тиску синтез-газу, технологію інтеграції газифікатора тощо;
Нова технологія виробництва водню з біомаси: Зосередьтеся на розробці нової технології виробництва водню з біомаси, яку можна поєднати з уловлюванням вуглецю. Включаючи технологію виробництва водню анаеробного бродіння, технологію виробництва водню фотоферментації, технологію очищення стічних вод, технологію виробництва водню реформінгу метану, технологію піролізу тощо;
Китай:
Біологічне виробництво водню - раніше було на лабораторній стадії; на початку 2023 року в Харбіні було запущено перший в країні інтегрований біологічний проект виробництва водню та генерації електроенергії (з використанням технології виробництва водню ферментації біомаси та відходів, використання соломи сільськогосподарських відходів, відходів ландшафтного дизайну, харчових відходів, висококонцентрованих органічних стічних вод тощо). Ферментаційні субстрати та ефективні анаеробні штами, що виробляють водень, використовуються для переробки відходів, одночасно відновлюючи велику кількість чистої енергії.
Термохімічне виробництво водню - в основному використовується для біомаси або відходів з низьким вмістом води, таких як міські відходи та промислові тверді відходи, що містять більше картону, пластику та інших речовин. Вітчизняні підприємства, такі як Dongfang Boiler, Datang Group та інші традиційні енергетичні підприємства, розгортають піролізну газифікацію для виробництва водню. Однак через складність процесу обробки газу в Китаї на даний момент немає жодного зрілого комерційного проекту за цим маршрутом. Jiman Technology, яка народилася з Китайської академії наук, наразі просуває будівництво невеликих і пілотних демонстраційних проектів.
(4) Основні точки зору та висновки щодо виробництва водню з біомаси:
Виробництво водню з біомаси може ефективно використовувати промислові, сільськогосподарські та міські відходи, але місце будівництва обмежене зоною постачання сировини та є розподіленим шляхом виробництва водню; його прямим продуктом є синтез-газ, що містить водень, який міститиме такі домішки, як CO, H2S і смоли. Перш ніж використовувати газ, який більше підходить як паливо або промислова сировина, газ потрібно додатково розділити для отримання водню.
Термохімічний метод: Швидкість конверсії висока, але вимагає високого обладнання, каталізаторів тощо, а розділення газу є складним; ми можемо зосередитися на ключових проривних напрямках, таких як нові каталізатори, риформінг і утилізація смол, а також процеси та обладнання для розділення газу.
Біологічний метод: висока врожайність, низька вартість, але багато домішок; Серед них виробництво водню шляхом ферментації світло-темрява має найшвидшу ефективність виробництва водню та найвищий рівень використання субстрату, і очікується, що воно стане основною технологією застосування біологічного виробництва водню в майбутньому.
Таким чином, виробництво водню з біомаси, як правило, все ще знаходиться на ранніх стадіях, і деякі комерційні демонстрації все ще зосереджені на маломасштабних і пілотних стадіях. Сценарії його застосування в основному як промислова паливна сировина. Ця сфера може зосередитися на: біологічному бродінні, виробництві водню. Ключові ланки включають культивування, трансформацію та підготовку високоефективних бактерій, що виробляють водень, метод виробництва водню з бродінням у поєднанні світло-темрява, попередню обробку сировини для виробництва біологічного водню та технологічне обладнання для відділення водню.
супутні товари в ehisen
