生物质制氢技术研究进展

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1、中国生物工程杂志ChinaBiotechnology,2006,26(5):107～112生物质制氢技术研究进展1,213于洁肖宏(1中国科学院上海生命科学研究院生命科学信息中心上海2000312中国科学院研究生院北京100039)摘要氢能以其清洁,来源及用途广泛等优点成为最有希望的替代能源之一,用可再生能源制氢是氢能发展的必然趋势。由于生物质制氢具有一系列独特的优点,它已成为发展氢经济颇具前景的研究领域之一。生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质为原料利用热物理化学方法制取氢气,如生物质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等热化学法制氢,以及基于生物质的甲烷、甲

2、醇、乙醇的化学重整转化制氢等;另一类是利用生物转化途径转换制氢,包括直接生物光解,间接生物光解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗发酵和微生物燃料电池等技术。综述了目前主要的生物质制氢技术及其发展概况,并分析了各技术的发展趋势。关键词生物质制氢气化高温分解超临界水微生物电池中图分类号Q819化石能源的渐进枯竭,国际市场油价的日高一日,程能有效处理污水,改造治理环境。微生物燃料电池给我国高速发展的社会经济带来越来越大的压力。根(MFC),可以处理人类粪便、农业和工业废水等有机废据国家海关总署提供的资料,我国从1993年变为石油水。微生物发酵过程还能生产发酵副产品

3、,例如重要净进口国。过去的10年中,我国石油需求量几乎翻了的工业产品辅酶Q,微生物本身又是营养丰富的单细胞一番。同时,环境生态问题与国家安全问题日益受到蛋白,可用于饲料添加剂等。各国的高度重视,新替代能源的研制和开发已成为各1技术概述及研究进展国科研生产的战略重点之一。氢能被誉为21世纪的绿色能源。氢气的燃烧只生物质制氢技术可以分为两类,一类是以生物质产生水,能够实现真正的“零排放”。相比于目前已知为原料利用热物理化学原理和技术制取氢气,如生物的燃料,氢的单位质量能量含量最高,其热值达到质气化制氢,超临界转化制氢,高温分解制氢等。以及143MJ/kg,约为汽油的3倍,并

4、且氢的来源广泛。鉴于基于生物质的甲烷、甲醇、乙醇转化制氢;另一类是利化石能源的不可再生性及其造成的环境污染问题,特用生物途径转换制氢,如直接生物光解,间接生物光别是石化资源渐趋枯竭,利用可再生能源制氢已成为解,光发酵,光合异养细菌水气转移反应合成氢气,暗当务之急和氢能发展的长久之计。目前,“氢经济”已发酵和微生物燃料电池技术。基于生物质发酵产物的引起世界很多国家的高度重视,并已被纳入发展计划。甲烷、甲醇、乙醇等简单化合物也可以通过化学重整过生物质制氢技术不同于风能、太阳能、水能之处在程转化为氢气。目前生物质制氢的研究主要集中在如于生物质制氢技术不仅可以有“生物质产品”的

5、物质性何高效而经济地转换和利用生物质。高温裂解和气化生产,还可以参与资源的节约和循环利用。例如气化制氢适用于含湿量较小的生物质,含湿量高于50%的制氢技术可用于城市固体废物的处理,微生物制氢过生物质可以通过细菌的厌氧消化和发酵作用制氢。有[1]些湿度较大的生物质亦可利用超临界水气化制氢。收稿日期:2006201209修回日期:2006204210一些主要的生物质制氢原料及常用方法见表1。3通讯作者,电子信箱:hxiao@sibs.ac.cn©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsr

6、eserved.http://www.cnki.net108中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.26No.52006表1一些常见的生物质制氢原料及常用转化技术Table1Somebiomassfeedstockusedforhydrogenproductionandassociatedtechnologies生物质原料主要转化技术生物质原料主要转化技术生物质原料主要转化技术杏仁壳蒸汽气化茶叶残渣高温分解城市固体废物超临界转化(造纸)黑液蒸汽气化花生壳高温分解枫木锯屑浆超临界转化牛皮纸木质素蒸汽气化松树锯屑蒸汽重整橡胶碎屑超临界转化水稻秆/小麦秆高

7、温分解城市垃圾堆肥超临界转化纸浆以及废纸生物途径转化橄榄壳高温分解淀粉生物质浆超临界转化厩肥及水粪肥生物途径转化1.1生物质/废物气化制氢含氢气的合成气共重整制取生物质合成气。研究发1.1.1热化学气化制氢生物质热化学气化制氢是现,与传统的已商业化的基于镍催化剂的气化工艺相在高温(600～800℃)下对生物质进行加热并部分氧化比,NiO2MgO催化剂具有更好的高温(>750℃)催化效的热化学过程。伴随水气转换(water-gas-shift)的气果及抗焦炭化能力。此外,近年来其他一些新颖的混[9]化制氢,是目前应用最广泛的生物质制氢技术。