生物制氢气

可再生生物质资源共同热分解制备富氢气体的

研究现状

摘要：生物质资源丰富，对环境的友好性以及可再生性受到了越来越广泛的重视。氢，清洁无污染，高效，可存储和运输，被视为最理想的能源载体和将来矿物燃料的可替代能源。生物质热化学转化制取富氢气体的技术路线也为氢能源系统的发展提供了广阔的前景，同时热解产生的大量副产物活性C可以应用于多个方面。本文主要介绍了生物质热化学转换制氢的一些方法，当前存在的问题，研究进展以及解决的方法，并对未来的发展和应用前景做出了一定的预测,以及副产物活性C在土壤重金属污染防治中的一些应用。

关键词：生物质；氢；热解；活性炭；土壤重金属

Abstract: Biomass is an abundant resource in nature, because of its’ environmental friendly and renewable characters, it has aroused more and more concerns about its’ value nowadays. The hydrogen ,which is clean and pollution-free、high-efficiency、easy to storage and transport ,having been regarded as the most ideal energy carrier and the best alternative energy of fossil fuel. The research about Pyrolysis of biomass to make hydrogen-rich gas has provided us the wider prospect of the use of hydrogen energy system, at the same time the by-products of the pyrolysis: carbon can be used in many fields. This essay mainly introduces different methods about pyrolysis of biomass to produce hydrogen-rich gas, the issue in those researches, researching progress and ways to solve these problems and make some predictions about future progress and application, meanwhile the use of by-products: active carbon in the fields of prevention management of heavy metals.

Key words：biomass; hydrogen; pyrolysis; active carbon; heavy metals in soil

前言：

能源战略的需要：能源是人类生存和发展的重要物质基础，是人类从事各种经济活动的原动力，也是人类社会经济发展水平的重要标志。人类社会的历史变迁和能源利用的变化息息相关，人类在能源的利用史上主要有3次大的变迁。第一次是煤炭取代木材等成为主要能源；第二次是能源结构从煤炭转向石油、天然气；第三次能源结构大变革始于20世纪70年代

的石油危机，人们逐渐认识到化石能源的不可再生性，必须加速开发新型能源。目前主要使用的石油、天然气和煤都属于不可再生的化石能源，它们的储量有限。随着化石燃料储量的减少、能源需求的不断增长以及化石燃料燃烧造成的环境污染和温室效应，进一步加剧了当前所面临的能源危机。目前正在进行的第三次能源变革以可持续发展为主题，从石油、天然气为主的能源系统转向以可再生能源为基础的环境友好的能源系统。氢气作为一种新型的能源因其具有热值高(每千克氢143MJ)、无污染、清洁高效的特点，是未来大规模利用的能源形式之一。

氢能不是一次能源，自然界中不存在纯氢，只能通过其他化学物质中转化、分解、分离得到，但该过程需要耗费大量的能源。制氢技术有很多种，现阶段主要有以下几种：化石燃料的化学转化；电解水制氢以及生物质制氢[1]。生物质热解技术以其更高的能源利用率和更低的二次污染排放逐渐引起了人们的重视，它不仅可提供氢燃料，改善燃料利用结构，实现大气污染状况的根本好转；且能有效利用生物质这种丰富的、经济的可再生资源，真正实现CO

“零排放”。

2

开展生物质资源转化新技术对我国经济可持续发展以及环境保护都具有极其重大的意义。用储量丰富、环境友好、可再生的生物质资源制氢是一条可持续发展的绿色途径。目前生物质资源制氢已显示出很好的经济性和环境友好性。大规模热裂解和气化制氢可大大降低生产成本，是未来的发展趋势。随着对可再生生物质资源制氢技术的深入研究，生物质制氢技术必将取代传统的制氢技术[2]在各种生物质资源利用方式中，化学处理法(热解和焚烧)更有利于生物质资源的大规模利用。热解法处理生物质固体废弃物不仅具有较高的能量回收率．而且由于热解是在缺氧或绝氧的条件下进行的，其污染排放值比焚烧法低的多，且产生的副产物活性炭在重金属污染治理、土壤环境修复等方面的重要应用，具有巨大的发展和利用前景。

正文

1.应用前景

时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。

目前，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用生物质制取氢气是一个重要的研究方向。

发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。

在众多的新能源中，氢能将会成为21世纪最理想的能源[3]。这是因为，在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下，氢气产生的能量最多，而且它燃烧的产物是水，没有灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储量是有限的，而氢主要存于水中，燃烧后唯一的产物也是水，可源源不断地产生氢气，永远不会用完。

氢是一种无色的气体[4]。燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量，是汽油发热量的3倍。氢的重量特别轻，它比汽油、天然气、煤油都轻多了，因而携带、运送方便，是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里能够燃烧，氢气火焰的温度可高达2500℃，因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。

氢的用途很广，适用性强。它不仅能用作燃料，而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如，储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领，可将热量储存起来，作为房间内取暖和空调使用。氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体，因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料，也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭，都是用液态氢作燃料的[5]。另外，使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能，使氢能的利用更为方便。目前，这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用，效果不错。当然，由于成本较高，一时还难以普遍使用。

现在世界上氢的年产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4%的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索研究制氢新方法[6]。用储量丰富、环境友好、可再生的生物质资源制氢是一条很有发展前景的可持续发展绿色途径。

2．工艺发展现状

生物质热化学制氢主要可分为直接制氢和间接制氢两大类，具体包括一下几种常用的制氢工艺流程[7-9]：1. 生物质气化制氢技术：生物质气化