“氫言氫語”｜生物質制氫介紹

“氫言氫語”第十九講將帶您了解生物質制氫技術：生物質制氫技術包括熱化學法（如催化氣化、熱解、生物油重整）和生物法（如暗厭氧發酵、光合生物制氫、復合生物制氫），面臨成本和純度挑戰。

生物質是指通過光合作用直接或間接生成的有機物質，包括植物、動物、微生物及其排泄物和代謝產物。生物質能則是一種能量形式，通過生物體的光合作用，將太陽能轉化為化學能并儲存在生物體中。由于其可再生特性且資源廣泛，生物質能是一種重要的能源來源。僅我國農作物秸稈每年可用于能源的資源量就可達2.8億至3.5億噸。盡管生物質使用時會產生一氧化碳，但其二氧化碳排放源自大氣，因此不會增加額外的碳排放量。

生物質制氫是生物質能利用的重要途徑之一，主要有兩大類技術：熱化學法制氫和生物法制氫。

熱化學法制氫

熱化學法制氫包括生物質催化氣化制氫、生物質熱解制氫、生物油重整制氫等。生物質首先被轉化為甲醇、乙醇，然后通過蒸汽重整生成氫氣是較為成熟的技術路線。

生物質催化氣化制氫：將生物質在空氣、氧氣或水蒸氣等介質中加熱至800~900℃，使其分解生成氫氣、一氧化碳及其他氣體。其關鍵在于提高氫氣的產量，減少焦油等雜質的生成。該過程中產生的微量雜質（如H2S、HCl、堿金屬、重金屬等）需通過吸附劑加以處理。

（圖：生物質催化氣化制氫流程）

生物質熱解制氫：在缺氧或少量供氧的條件下，利用熱能將生物質的大分子碳氫化合物斷裂，生成焦油、一氧化碳、氫氣等產物。通過二次催化裂解焦油可進一步生成氫氣。

生物油重整制氫：由美國國家可再生能源實驗室（NREL）提出，首先通過生物質熱裂解獲得生物油，再通過水蒸氣重整制氫。

甲醇、乙醇制氫：生物質制取甲醇、乙醇的技術已較為成熟，進一步通過甲醇和乙醇的蒸汽重整制氫也是一種可行的路線。

盡管這些熱化學法在技術上已具備一定的可行性，并且已有商業化裝置運行，但仍面臨一些挑戰，如與傳統甲烷重整技術相比，生物質制氫成本較高，經濟性欠缺競爭力。此外，產物氫氣含量較低，含有較多雜質，這些雜質可能會對燃料電池造成損害，限制了其在高純氫需求場景中的應用。

生物法制氫

生物法制氫主要有暗厭氧菌發酵制氫、光合生物制氫以及光合-發酵復合生物制氫三類技術路線。

暗厭氧菌發酵制氫：厭氧微生物通過氮化酶或氫化酶降解有機物生成氫氣，不依賴光能。適用于此過程的微生物包括專性厭氧菌、兼性厭氧菌和少數好氧菌。

光合生物制氫：包括光解水制氫和光發酵制氫兩類。光解水制氫是通過藍藻、綠藻等光合微生物分解水生成氫氣；而光發酵制氫則是在厭氧光照條件下，利用生物能和光能共同驅動氫氣的生成。

光合-發酵復合生物制氫：結合暗發酵和光發酵的優勢，減少光能需求的同時提高氫氣產量。這種復合技術有望成為未來生物質制氫的發展方向。

暗發酵制氫已進入中試階段，但要實現工業化生產仍需進一步提升效率和降低成本。光發酵和復合生物制氫技術則仍處于實驗室研究階段。