(1) Concept en definitie van biomassawaterstofproductie
Biomassawaterstofproductie verwijst voornamelijk naar het gebruik van vergassing of microbiële katalytische deoxygenatie om waterstofhoudend synthesegas te produceren nadat biomassa verschillende voorbehandelingen heeft ondergaan. China's jaarlijkse beschikbare biomassabronnen zijn ongeveer 3,5 miljard ton, waarvan de belangrijkste bronnen energiegewassen, landbouwafvalresten, bosbouwafvalresten en industrieel en stedelijk vast afval zijn. Het gebruik van biomassarundgrondstoffen om waterstof te produceren is een methode die zich aanpast aan de nationale omstandigheden van China en een goede waterstofproductietechnologieroute heeft met veelbelovende ontwikkelingsvooruitzichten. Aangezien de grondstof in sommige scenario's koolstofhoudende biomassa is, wordt dit pad ook beschouwd als een "koolstofnegatief" waterstofproductiepad, en de waterstof die door dit pad wordt geproduceerd, wordt ook "smaragdgroene waterstof" of "supergroene waterstof" genoemd.
(2) Technisch pad voor waterstofproductie uit biomassa
Biomassa waterstofproductietechnologie kan hoofdzakelijk worden onderverdeeld in twee hoofdpaden: thermochemische waterstofproductie en biologische waterstofproductie. Thermochemische waterstofproductie kan worden onderverdeeld in drie onderverdeelde technische paden: stoomverdamping, superkritische waterverdamping en biomassa thermische kraak- en hervormingsprocessen; biologische waterstofproductie wordt ook wel microbiële afbraakmethode en biomassafermentatie waterstofproductie genoemd, inclusief directe fotolyse/indirecte Er zijn verschillende onderverdeelde paden zoals fotolyse, lichte fermentatie, donkere fermentatie, licht-donker gekoppelde fermentatie, celvrije enzymbiotransformatie, enz.
Technologiepad 1: Thermochemische methode
Verwijst naar de methode om biomassa om te zetten in waterstofrijk brandbaar gas door thermochemische behandeling en vervolgens zuivere waterstof te verkrijgen door scheiding. Deze methode kan waterstof rechtstreeks produceren uit biomassa-grondstoffen of uit tussenproducten van biomassadepolymerisatie (zoals methanol, ethanol). Volgens verschillende specifieke processen kan het verder worden onderverdeeld in stoomvergassingstechnologie, superkritische watervergassingstechnologie en biomassapyrolyse-reformingtechnologie:
Stoomvergassingstechnologie: Stoomvergassing waterstofproductietechnologie selecteert stoom als vergassingsmiddel. Het doel van vergassingsbehandeling van biomassa-grondstoffen is om niet-ontvlambare componenten zoals stikstof en water te verwijderen om de calorische waarde van de brandstof te verhogen. Tegelijkertijd kan het verwijderen van zwavel en stikstof voorkomen dat hun producten de atmosfeer binnendringen en de massaverhouding van koolwaterstofelementen verminderen; deze methode kan over het algemeen het volume Het nadeel van het gebruik van 40% tot 60% waterstof en synthesegas met een hoge calorische waarde is dat teer als bijproduct wordt geproduceerd. Daarom zijn het onderzoeken van kosteneffectieve katalysatoren om de waterstofproductie te verhogen, de vergassingstemperatuur te verlagen, teerkraken te bevorderen en groene teerbehandelingstechnologie te ontwikkelen, teer te hervormen tot waardevol synthesegas en waterstofscheidingssystemen momenteel de verdere toepassing van deze technologie.
Thermische kraakreformatietechnologie:Het principe van deze technologie is om biomassa indirect te verhitten tot 350 tot 600 graden en lucht en zuurstof (of beperkte zuurstof) te isoleren, zodat het kan worden gepyrolyseerd en omgezet in bioteer, cokes en gas. De koolwaterstoffen worden verder katalytisch gekraakt om waterstofrijk gas te verkrijgen en het gas wordt gescheiden om waterstof te verkrijgen. Onder de voorwaarde van het gebruik van een katalysator kan de volumefractie waterstof in het pyrolysegas 30% tot 50% bereiken. De teer die tijdens het pyrolyseproces wordt geproduceerd, zal echter apparatuur en pijpleidingen corroderen, wat leidt tot een afname van de waterstofproductie-efficiëntie. De volgende belangrijke stappen op dit moment zijn de ontwikkeling van nieuwe economische katalysatoren, onderzoek en ontwikkeling van goedkope teerverwijderingsprocessen, waterstofscheidingsprocessen, enz.
Superkritische waterverdamping: verwijst naar de ontleding van biomassa in superkritisch water om H2, CO, CO2, CH4 en andere gassen te produceren door pyrolyse, hydrolyse, condensatie en dehydrogenering. Biomassa superkritische waterverdamping waterstofproductietechnologie heeft een relatief hoog energieverbruik. Groot, de productie van teerbijproducten en andere problemen. Hoewel de grondstofprijs van deze technologie laag is, zijn de operationele kosten en de initiële investering van het superkritische watersysteem hoog en zijn er geen grootschalige demonstratieprojecten, dus het kan op korte termijn niet worden gepromoot voor commercieel gebruik.
Technologiepad 2: Biologische methode
Biologische methoden kunnen worden onderverdeeld in directe fotolyse, indirecte fotolyse, lichtfermentatie, donkere fermentatie, licht-donker gekoppelde fermentatie, celvrije enzymconversie en andere onderverdeelde paden; verschillende technische paden hebben hun eigen voor- en nadelen, waaronder licht- en donkergekoppelde fermentatie niet alleen de vraag naar lichtenergie tot op zekere hoogte kan verminderen, maar ook de productie van waterstof aanzienlijk kan verhogen. Het is momenteel de belangrijkste ontwikkelingsrichting van biologische waterstofproductie.
(3) Voortgang van de productie van biomassawaterstof in binnen- en buitenland
Buitenlandse vertegenwoordiger - Verenigd Koninkrijk:
Begin 2023 kondigde het Britse Department of Business, Energy and Industrial Strategy (BEIS) aan dat het 30 miljoen pond zou investeren om innovatie in biomassawaterstofproductietechnologie te ondersteunen. Specifieke financieringsrichtingen:
Voorbehandeling van grondstoffen: ontwikkel goedkope, energiebesparende en efficiënte voorbehandelingstechnologie voor grondstoffen om biomassa en afvalgrondstoffen te optimaliseren. Inclusief granulatietechnologie, mechanische sorteertechnologie, warmtebehandeling en calcinatietechnologie, etc.;
Onderzoek en ontwikkeling van geavanceerde vergassingstechnologie en de componenten ervan: focus op het verbeteren van de kwaliteit van syngas en het verbeteren van de efficiëntie van waterstofproductie. Inclusief realtime monitoringtechnologie, fysieke verwijderingstechnologie, chemische verwijderingstechnologie, katalytische en thermische teerverwijderingstechnologie, synthesegas drukswing adsorptietechnologie, vergasserintegratietechnologie, etc.;
Nieuwe biomassa waterstofproductietechnologie: Focus op de ontwikkeling van nieuwe biomassa waterstofproductietechnologie die gecombineerd kan worden met koolstofafvang. Inclusief anaërobe fermentatie waterstofproductietechnologie, fotofermentatie waterstofproductietechnologie, afvalwaterbehandelingstechnologie, methaanreforming waterstofproductietechnologie, pyrolysetechnologie, etc.;
China:
Biologische waterstofproductie - het bevond zich al eerder in de laboratoriumfase; begin 2023 werd het eerste geïntegreerde biologische waterstofproductie- en elektriciteitsopwekkingsproject van het land gelanceerd in Harbin (met behulp van biomassa-afvalfermentatie waterstofproductietechnologie, met behulp van landbouwafvalstro, landschapsafval, voedselverspilling, zeer geconcentreerd organisch afvalwater, enz. worden gebruikt als fermentatiesubstraten, en efficiënte anaërobe waterstofproducerende stammen worden gebruikt als waterstofproducenten om afval te verwerken en tegelijkertijd een grote hoeveelheid schone energie waterstof te winnen. De technologie komt van het team van academicus Ren Nanqi van het Harbin Institute of Technology).
Thermochemische waterstofproductie - voornamelijk gebruikt voor biomassa of afval met een laag watergehalte, zoals gemeentelijk afval en industrieel vast afval dat meer karton, plastic en andere stoffen bevat. Binnenlandse ondernemingen zoals Dongfang Boiler, Datang Group en andere traditionele energiebedrijven gebruiken pyrolysevergassing om waterstof te produceren. Vanwege de complexiteit van het gasbehandelingsproces is er echter momenteel geen volwassen commercieel operationeel project in China onder deze route. Jiman Technology, dat is ontstaan uit de Chinese Academie van Wetenschappen, promoot momenteel de bouw van kleinschalige en pilot-schaal demonstratieprojecten.
(4) Belangrijkste standpunten en conclusies over de productie van waterstof uit biomassa:
Biomassawaterstofproductie kan effectief gebruikmaken van industrieel, agrarisch en stedelijk afval, maar de bouwlocatie wordt beperkt door het gebied waar de grondstoffen worden aangevoerd en is een gedistribueerd waterstofproductiepad; het directe product is waterstofbevattend synthesegas, dat onzuiverheden zoals CO, H2S en teer zal bevatten. Het gas moet verder worden gescheiden om waterstof te verkrijgen voordat het kan worden gebruikt, wat geschikter is als brandstof of industriële grondstof.
Thermochemische methode: De omzettingssnelheid is hoog, maar vereist hoogwaardige apparatuur, katalysatoren, enz. en gasafscheiding is moeilijk. We kunnen ons richten op belangrijke baanbrekende richtingen, zoals nieuwe katalysatoren, teerreforming en -gebruik, en gasafscheidingsprocessen en -apparatuur.
Biologische methode: hoge opbrengst, lage kosten, maar veel onzuiverheden. Van deze methoden heeft waterstofproductie via licht-donker-gekoppelde fermentatie de snelste waterstofproductie-efficiëntie en de hoogste substraatbenuttingsgraad. Naar verwachting zal dit in de toekomst de belangrijkste toepassingstechnologie voor biologische waterstofproductie worden.
Samenvattend, biomassa waterstofproductie bevindt zich over het algemeen nog in de beginfase en sommige commerciële demonstraties zijn nog steeds geconcentreerd in de kleinschalige en pilotfase. De toepassingsscenario's zijn voornamelijk als industriële brandstofgrondstoffen. Dit veld kan zich richten op: biologische fermentatie waterstofproductie. Belangrijke schakels zijn onder meer de teelt, transformatie en bereiding van hoogwaardige waterstofproducerende bacteriën, de licht-donker gekoppelde fermentatie waterstofproductiemethode, de voorbehandeling van biologische waterstofproductiegrondstoffen en apparatuur voor waterstofscheidingsproces.
gerelateerde producten in ehisen
