[低碳氢能] 低成本固体废料制氢技术

2022-07-04

开篇:21世纪来临,科技进步迅猛,社会经济体系腾飞,未来一片光明。直到人类发现,这颗星球上没有足够多的资源以供挥霍,更不足以支撑人类不计后果的发展。除此以外,发展所带来的负面因素如环境污染及其导致的气候变化、水体变化等,也会大大影响人类的生存环境。于是清洁能源成为人类的希望,甚至将指引出人类未来的生存方向。

就目前而言,氢能无疑是我们最看重的清洁可再生能源,在运输领域的作用更是尤为关键。包括汽车、卡车、公共汽车、火车、航运和飞机的运输部门产生的二氧化碳排放高达全球二氧化碳排放总量的23%,而全球的运输领域之中,95%依赖石油。其他可再生能源,如太阳能和风能发电,虽然是替代化石燃料发电的解决方案,但无法完全解决运输能源部门的减碳难题。唯一能够在运输部门替代液态石油产品的完全零碳燃料便是氢气。

图1.氢能制取流程


然而要知道,氢气虽是清洁能源,但要想在全生命周期之中实现绿色,需是在使用太阳能和风能等可再生能源制氢的情况下。在这之中,便存在间歇性生产、太阳能和风能成本高过高等一系列问题。因此,有没有一种更普遍、更绿色、更低价的制氢方法呢?

现在我们发现的一个项目,让回收利用固废材料制氢成为一种可能——利用专有的等离子增强气化系统将低价值的碳氢化合物产品(废物/生物质残渣)转化为最高价值的可再生氢气。

图2.固废制合成气及产品转化流程


具体来讲,是将固体废物原料在高于1250°C的温度范围内转化为“生物合成气”(BSG),此时原料的有机烃链被完全分解,生成的BSG不含致癌的二恶英和呋喃(SVOC),以及焦油/烟灰、重金属和其他长链碳氢化合物(CxHy)。工艺后端利用废气变换装置处理BSG以产生更多的H2,最后通过纯化装置产生出高纯度的绿色H2

该过程不是焚烧过程,而是气化过程,应用一种热催化转化(高温、固定床、逆流气化)工艺,利用成熟的等离子弧炬来提高固定床气化器的温度,从例如废物、回收的混合纸和混合塑料以及旧轮胎中将氢气分离。

对比其他制氢方法我们可以发现,该项目拥有诸多优势:产出物是高质量的富氢生物合成气体,不含焦油,烟灰和重金属;可以从废物原料中提取所有的碳,去除所有颗粒和酸性气体;产出量大,效率高;进料系统简单,原料制备少,运行成本、建设和维护成本低;生产绿氢的成本是电解绿氢的五到七分之一。

相信固废制氢将在未来实现更普遍的应用。

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