近日，能動學院碩士生楊鐵兵在《化學工程》（Chemical Engineering Journal）發表題為“生物質超臨界CO2氣化、空氣氣化和蒸汽氣化原位吸儲氫強化制氫新設計”（Novel design of in-situ hydrogen sorption/storage integrated enhanced hydrogen production in supercritical CO2 gasification, air gasification, and steam gasification from biomass）的研究成果。楊鐵兵為第一作者，豆斌林教授為通訊作者，上海理工大學為第一單位。
氫能發展涉及氫生產、儲運、應用等多個產業鏈。目前最主要的制氫途徑是化石能源制氫，不僅能耗水耗高、排放大量二氧化碳，而且消耗不可再生資源，過程不可持續。對此，有科研團隊利用生物質熱轉化制氫，這一方式使得廢棄生物質得到資源化利用，其規模可大可小，被認為是具實用化，有較大發展潛力的高效、低成本制氫技術。
然而，常規生物質熱轉化制氫流程普遍存在產氫率不高、能耗高、氫氣分離困難、流程復雜等問題，極大的限制了其大規模推廣應用。為解決生物質制氫和儲氫難題，楊鐵兵所在團隊首次提出在生物質熱轉化制氫的同時原位吸收儲存氫，依據化學平衡移動的勒夏特列原理，干涉、打破了水汽變換熱力學平衡限制，體系平衡持續移動和氫原位吸附大大強化了水汽變換反應，降低了一氧化碳濃度，抑制了甲烷化副反應，提高了原料轉化率和制氫選擇性；研究較好的避開了儲氫材料無法實現大容量儲氫的限制，將儲氫材料作為載氫體，實現了氫的連續儲存轉移，通過加熱再生，一步獲得純氫，極大的節省了傳統生物質制氫流程，同時兼顧解決了氫壓縮、儲存等問題；固體材料吸收氫氣的放熱連同水汽變換放熱，能被生物質熱轉化制氫的吸熱反應利用，體系能量傳輸與利用更高效、節能。
論文針對三種典型的生物質氣化方式，利用熱力學分析，比較了生物質不同氣化方式原位儲氫制氫的區別，分析了過程反應條件和操作參數選擇，確定了原位儲氫打破水汽變換制氫熱力學平衡限制對強化制氫的影響程度，通過工藝系統內部能量綜合利用，探討了如何進一步提高生物質熱轉化制氫、原位儲氫的能量效率和降低制儲氫成本。
該研究得到了國家自然科學基金和上海市優秀學術帶頭人項目支持。
生物質熱轉化制氫儲氫系統設計
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724015158
供稿：能動學院
