(1) Biyokütle hidrojen üretiminin kavramı ve tanımı
Biyokütle hidrojen üretimi, esas olarak biyokütle farklı ön işlemlerden geçtikten sonra hidrojen içeren sentez gazı üretmek için gazlaştırma veya mikrobiyal katalitik deoksijenasyonun kullanılması anlamına gelir. Çin'in yıllık kullanılabilir biyokütle kaynakları yaklaşık 3,5 milyar tondur ve bunların başlıca kaynakları enerji mahsulleri, tarımsal atık kalıntıları, ormancılık atık kalıntıları ve endüstriyel ve kentsel katı atıklardır. Hidrojen üretmek için biyokütle hammaddelerinin kullanımı, Çin'in ulusal koşullarına uyum sağlayan ve umut verici gelişme beklentileri olan iyi bir Hidrojen üretim teknolojisi yoluna sahip bir yöntemdir. Bazı senaryolardaki hammadde karbon içeren biyokütle olduğundan, bu yol aynı zamanda "karbon-negatif" bir hidrojen üretim yolu olarak kabul edilir ve bu yolla üretilen hidrojene "zümrüt hidrojen" veya "süper yeşil hidrojen" de denir.
(2) Biyokütleden hidrojen üretimi için teknik yol
Biyokütle hidrojen üretim teknolojisi esas olarak iki ana yola ayrılabilir: termokimyasal hidrojen üretimi ve biyolojik hidrojen üretimi. Termokimyasal hidrojen üretimi üç alt teknik yola ayrılabilir: buhar buharlaştırma, süperkritik su buharlaştırma ve biyokütle termal çatlatma ve yeniden şekillendirme; biyolojik hidrojen üretimi mikrobiyal bozunma yöntemi ve biyokütle fermantasyon hidrojen üretimi olarak da adlandırılır, doğrudan fotoliz/dolaylı dahil. Fotoliz, ışık fermantasyonu, karanlık fermantasyon, ışık-karanlık eşleştirilmiş fermantasyon, hücresiz enzim biyotransformasyonu vb. gibi çeşitli alt yollar vardır.
Teknoloji Yolu 1: Termokimyasal Yöntem
Biyokütleyi termokimyasal işlemle hidrojen açısından zengin yanıcı gaza dönüştürme ve ardından ayırma yoluyla saf hidrojen elde etme yöntemini ifade eder. Bu yöntem, hidrojeni doğrudan biyokütle ham maddelerinden veya biyokütle depolimerizasyonunun ara ürünlerinden (metanol, etanol gibi) üretebilir. Farklı özel proseslere göre, buhar gazlaştırma teknolojisi, süperkritik su gazlaştırma teknolojisi ve biyokütle piroliz reformlama teknolojisi olarak daha da ayrılabilir:
Buhar gazlaştırma teknolojisi: Buhar gazlaştırma hidrojen üretim teknolojisi, gazlaştırma ajanı olarak buharı seçer. Biyokütle hammaddelerinin gazlaştırma işleminin amacı, yakıtın kalorifik değerini artırmak için azot ve su gibi yanıcı olmayan bileşenleri uzaklaştırmaktır. Aynı zamanda, kükürt ve azotun uzaklaştırılması, ürünlerinin atmosfere girmesini önleyebilir ve hidrokarbon elementlerinin kütle oranını azaltabilir; bu yöntem genellikle hacmi elde edebilir. %40 ila %60 hidrojen ve yüksek kalorifik değerli sentez gazı kullanmanın dezavantajı, katranın yan ürün olarak üretilmesidir. Bu nedenle, hidrojen üretimini artırmak, gazlaştırma sıcaklığını düşürmek, katran çatlamasını teşvik etmek ve yeşil katran işleme teknolojisini geliştirmek için uygun maliyetli katalizörler keşfetmek, katranı değerli sentez gazına dönüştürmek ve hidrojen ayırma sistemleri şu anda bu teknolojinin daha ileri uygulamalarıdır.
Termal çatlama reform teknolojisi:Bu teknolojinin prensibi, biyokütleyi dolaylı olarak 350 ila 600 derecede ısıtmak ve havayı ve oksijeni (veya sınırlı oksijeni) izole etmektir, böylece pirolize edilebilir ve biyotar, kok ve gaza dönüştürülebilir. Hidrokarbonlar, hidrojen açısından zengin gaz elde etmek için daha fazla katalitik olarak parçalanır ve gaz, hidrojen elde etmek için ayrılır. Bir katalizör kullanma öncülü altında, piroliz gazındaki hidrojenin hacim kesri %30 ila %50'ye ulaşabilir. Ancak, piroliz işlemi sırasında üretilen katran, ekipman ve boru hatlarını aşındırarak hidrojen üretim verimliliğinde bir azalmaya neden olacaktır. Şu anda bir sonraki önemli adımlar, yeni ekonomik katalizörlerin geliştirilmesi, düşük maliyetli katran giderme işlemlerinin araştırılması ve geliştirilmesi, hidrojen ayırma işlemleri vb.'dir.
Süperkritik su buharlaşması: piroliz, hidroliz, yoğunlaşma ve dehidrojenasyon yoluyla H2, CO, CO2, CH4 ve diğer gazları üretmek için biyokütlenin süperkritik suda ayrıştırılmasını ifade eder. Biyokütle süperkritik su buharlaştırma hidrojen üretim teknolojisi nispeten yüksek enerji tüketimine sahiptir. Büyük, katran yan ürünlerinin üretimi ve diğer sorunlar. Bu teknolojinin hammadde fiyatı düşük olsa da, süperkritik su sisteminin işletme maliyeti ve ilk yatırımı yüksektir ve büyük ölçekli gösteri projeleri yoktur, bu nedenle kısa vadede ticari kullanım için tanıtılamaz.
Teknoloji Yolu 2: Biyolojik Yöntem
Biyolojik yöntemler doğrudan fotoliz, dolaylı fotoliz, ışık fermantasyonu, karanlık fermantasyonu, ışık-karanlık eşleştirilmiş fermantasyon, hücresiz enzim dönüşümü ve diğer alt bölümlere ayrılmış yollar olarak alt bölümlere ayrılabilir; farklı teknik yolların kendi avantajları ve dezavantajları vardır, bunların arasında ışık ve karanlık Eşleştirilmiş fermantasyon sadece ışık enerjisine olan talebi belirli bir ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda hidrojen üretimini de önemli ölçüde artırabilir. Şu anda biyolojik hidrojen üretiminin ana geliştirme yönüdür.
(3) Yurt içinde ve yurt dışında biyokütle hidrojen üretiminin ilerlemesi
Yabancı Temsilci - Birleşik Krallık:
2023'ün başında, İngiliz İş, Enerji ve Endüstriyel Strateji Bakanlığı (BEIS), biyokütle hidrojen üretim teknolojisinde inovasyonu desteklemek için 30 milyon pound yatırım yapacağını duyurdu. Belirli finansman yönleri:
Hammadde ön işlemi: Biyokütle ve atık ham maddeleri optimize etmek için düşük maliyetli, enerji tasarruflu ve verimli ham madde ön işlem teknolojisi geliştirmek. Granülasyon teknolojisi, mekanik ayırma teknolojisi, ısıl işlem ve kalsinasyon teknolojisi vb. dahil;
Gelişmiş gazlaştırma teknolojisi ve bileşenlerinin araştırılması ve geliştirilmesi: sentez gazının kalitesini iyileştirmeye ve hidrojen üretim verimliliğini artırmaya odaklanın. Gerçek zamanlı izleme teknolojisi, fiziksel giderme teknolojisi, kimyasal giderme teknolojisi, katalitik ve termal katran giderme teknolojisi, sentez gazı basınç salınımlı adsorpsiyon teknolojisi, gazlaştırıcı entegrasyon teknolojisi vb. dahil;
Yeni biyokütle hidrojen üretim teknolojisi: Karbon yakalama ile birleştirilebilen yeni biyokütle hidrojen üretim teknolojisi geliştirmeye odaklanın. Anaerobik fermantasyon hidrojen üretim teknolojisi, fotofermentasyon hidrojen üretim teknolojisi, atık su arıtma teknolojisi, metan reformlama hidrojen üretim teknolojisi, piroliz teknolojisi vb. dahil;
Çin:
Biyolojik hidrojen üretimi - daha önce laboratuvar aşamasındaydı; 2023'ün başlarında ülkenin ilk entegre biyolojik hidrojen üretimi ve güç üretim projesi Harbin'de başlatıldı (biyokütle-atık fermantasyon hidrojen üretim teknolojisi kullanılarak, tarımsal atık saman, peyzaj atığı, gıda atığı, yüksek oranda konsantre organik atık su vb. fermantasyon substratları olarak kullanılır ve atıkları işlerken büyük miktarda temiz enerji hidrojeni geri kazanmak için hidrojen üreticisi olarak verimli anaerobik hidrojen üreten suşlar kullanılır. Teknoloji, Harbin Teknoloji Enstitüsü'nden Akademisyen Ren Nanqi ekibinden geliyor).
Termokimyasal hidrojen üretimi - çoğunlukla düşük su içeriğine sahip biyokütle veya atıklar, örneğin belediye atıkları ve daha fazla karton, plastik ve diğer maddeler içeren endüstriyel katı atıklar için kullanılır. Dongfang Boiler, Datang Group ve diğer geleneksel enerji işletmeleri gibi yerel işletmeler hidrojen üretmek için piroliz gazlaştırmayı kullanıyor. Ancak, gaz işleme sürecinin karmaşıklığı nedeniyle, şu anda Çin'de bu rotada olgunlaşmış bir ticari işletme projesi bulunmamaktadır. Çin Bilimler Akademisi'nden doğan Jiman Technology, şu anda küçük ölçekli ve pilot ölçekli gösteri projelerinin inşasını teşvik ediyor.
(4) Biyokütle hidrojen üretimine ilişkin temel bakış açıları ve sonuçlar:
Biyokütle hidrojen üretimi endüstriyel, tarımsal ve kentsel atıkları etkili bir şekilde değerlendirebilir, ancak inşaat yeri ham madde tedarik alanıyla sınırlıdır ve dağıtılmış bir hidrojen üretim yoludur; doğrudan ürünü CO, H2S ve katran gibi safsızlıklar içerecek olan hidrojen içeren sentez gazıdır. Gazın, yakıt veya endüstriyel ham madde olarak daha uygun olan hidrojen elde etmek için daha fazla ayrılması gerekir.
Termokimyasal yöntem: Dönüşüm oranı hızlıdır, ancak yüksek ekipman, katalizör vb. gerektirir ve gaz ayrımı zordur; yeni katalizörler, katran reformu ve kullanımı, gaz ayırma prosesleri ve ekipmanları gibi temel çığır açan yönlere odaklanabiliriz.
Biyolojik yöntem: Yüksek verim, düşük maliyet, ancak çok sayıda safsızlık; bunlar arasında, açık-karanlık eşleşmiş fermantasyon hidrojen üretimi, en hızlı hidrojen üretim verimliliğine ve en yüksek substrat kullanım oranına sahip olup, gelecekte biyolojik hidrojen üretiminin ana uygulama teknolojisi olması beklenmektedir.
Özetle, biyokütle hidrojen üretimi genellikle hala erken aşamalarındadır ve bazı ticari gösteriler hala küçük ölçekli ve pilot aşamalarda yoğunlaşmıştır. Uygulama senaryoları esas olarak endüstriyel yakıt hammaddeleridir. Bu alan şunlara odaklanabilir: biyolojik fermantasyon hidrojen üretimi. Temel bağlantılar arasında yüksek performanslı hidrojen üreten bakterilerin yetiştirilmesi, dönüştürülmesi ve hazırlanması, ışık-karanlık eşleştirilmiş fermantasyon hidrojen üretim yöntemi, biyolojik hidrojen üretim hammaddelerinin ön işlemi ve hidrojen ayırma proses ekipmanı yer alır.
ehisen'deki ilgili ürünler
