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          新聞中心

          氫氣從哪來?從香蕉皮、煉廠副產物、固體廢物中來

          2022-02-23  404

          相較煤炭、天然氣、石油等傳統燃料,氫氣具備熱 值高、能量密度大、反應零排放等天然優勢,是我國碳中和目標下理想的“清潔能源”。我國氫氣產量全球領先,2020年達到2500萬噸, 2012-2020年CAGR約5.74%。但是從下游應用來看, 我國氫氣仍主要應用于化工領域,以氨、甲醇等大 宗材料合成為主,在能源消費領域滲透較低。

          國家和地方多重利好政策加持下,我國氫能源行業有望進入高速成長期,氫能將成為我國能源體 系的重要組成部分,在交通運輸、工業等領域有望實現持續滲透,產生較為廣闊的經濟市場。預計2036-2050年氫能 源在我國能源消費中的占比將達到10%,年經濟產值將超過10萬億元。在地方政策方面,已有超過20個省市發布氫能相關政策規劃,明確2025&2030年氫能發展目標。

          那么,氫氣從哪來呢?氫氣提取又有哪些黑科技呢?一起來盤點一下。

          1.從香蕉皮中提取氫氣,有助于減少溫室氣體排放

          據外媒報道,洛桑聯邦理工學院(EPFL)基礎科學學院Hubert Girault教授領導的團隊開發了一種新的生物質光熱解方法,不僅產生有價值的合成氣,還會產生可用于其他用途的固碳生物炭。這種方法利用氙氣燈進行閃光燈熱解,氙氣燈通常用于固化印刷電子產品的金屬油墨。過去幾年,Girault的團隊已將這種方法用于其他用途,如合成納米顆粒。

          這種燈的白色閃光可以提供高功率能量源,以及促進光熱化學反應的短脈沖。其理念是通過強大的閃光照射,讓生物質吸收光,并立即觸發光熱生物質轉換,從而生成合成氣和生物炭。

          這種閃光技術可用于不同的生物質資源,如香蕉皮、玉米棒、桔子皮、咖啡豆和椰子殼。首先在105℃下,將這些生物質干燥24小時,接著磨碎并篩成細粉;然后,將這些粉末放入帶標準玻璃窗的不銹鋼反應器,置于惰性氣氛和環境壓力中;最后,使氙氣燈閃爍,在幾毫秒內完成整個轉換過程。

          研究人員表示,每公斤干生物質大約可產生100L氫氣和330g生物炭,相當于原始干香蕉皮質量的33wt.%。該方法也具有積極的能量計算結果,每公斤干生物質可產生4.09MJ能量。這種方法的突出之處在于,其最終產物氫和固碳生物炭都很有價值。氫可以用作綠色燃料,而碳生物炭可以埋在地下用作肥料,也可以用來制造導電電極。

          2.國內首次:煉廠將副產氫氣提純至99.999%

          》記者獲悉,擁有中國石化自主知識產權的首套高純氫氣生產示范裝置近日在高橋石化成功投產。該裝置以低成本的煉油裝置副產氫氣為原料,生產燃料電池車用高品質氫氣,創造了國內首次將煉廠副產氫氣提純至99.999%的紀錄,遠高于99.97%的燃料電池車用氫氣國家標準。

          氫氣成本是燃料電池車商業化的瓶頸之一。目前,國內主要有水電解制氫、化石能源制氫及工業副產氫氣三種制氫方式。其中,副產氫氣作為煉油、化工等行業產品生產過程中普遍存在的副產物,具有成本低、資源豐富等優勢。以副產氫氣為原料生產燃料電池車用氫氣,可有效降低燃料電池車用氫成本,但副產氫氣純度較低、成分復雜,如何使其滿足嚴格的燃料電池車用氫氣標準是一項行業難題。

          為進一步降低成本,促進氫能產業發展,中國石化組織所屬大連(撫順)石化研究院、廣州(洛陽)工程公司、高橋石化組成聯合攻關團隊,以低成本的煉油系統副產氫氣為原料,開發出整套氫燃料電池車用高品質氫氣生產技術,并成功實現工業示范,將純度約90%的煉油裝置副產氫氣一次提純到99.999%。

          3.新材料實現氫氣提純“一步到位”

          近日,中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員江河清與德國漢諾威大學合作,開發出一種新型鈦基雙相混合導體透氧膜。相較于傳統鐵基雙相膜的化學不穩定性,鈦基雙相膜材料在含有水蒸氣和高濃度氫氣氣氛下處理100小時,仍然保持原有的相結構和微觀形貌,抗還原穩定性十分優異。

          研究人員表示,這種新材料可以一步制備不含一氧化碳(CO)的高純度氫氣,后者可作為燃料直接用于氫燃料電池。相關成果日前發表于《德國應用化學》。

          陶瓷透氧膜是一類同時具有氧離子—電子混合導電性的陶瓷膜,對氧氣具有100%的選擇透過性,相比傳統技術具有明顯優越性。

          新開發的Ti基透氧膜材料解決了傳統Co、Fe基透氧膜材料在反應與分離耦合過程中穩定性差的問題,因此,將Ti基膜材料構筑膜反應器應用于工業副產氫燃燒驅動的水分解制氫過程中,可以高效低成本地制備不含CO的氫氣。

          4.納米金剛石是高效氫氣提純的關鍵 還可以幫助實現零碳的未來

          納米金剛石可能很小,但它們可以幫助解決當今人類面臨的最大問題之一。氣候變化。氫氣是一種清潔燃燒的燃料,在燃燒后只留下水。許多國家將氫氣視為實現零碳未來的途徑,但轉向氫氣經濟需要其生產比現在更實惠。

          在最近發表在《自然-能源》上的一項研究中,由京都大學綜合細胞-材料科學研究所(iCeMS)領導的研究人員描述了納米金剛石強化復合膜如何從其潮濕的混合物中凈化氫氣,使氫氣生成過程的效率和成本效益大大增加。

          領導iCeMS團隊的Easan Sivaniah教授說:"有幾種可擴展的方法來生產氫氣,但氫氣通常以潮濕混合物的形式出現,其凈化是一個挑戰。膜技術可以實現節能和經濟的分離過程。但我們需要有合適的膜材料來使其發揮作用。"一種石墨的水溶性衍生物氧化石墨烯(GO)可以組裝成一種可用于氫氣凈化的膜,氫氣很容易通過這些過濾器,而較大的分子會被卡住。

          在非常潮濕的條件下,氫氣通常與二氧化碳或氧氣分離。GO片是帶負電的,這導致它們相互排斥。當暴露在潮濕的環境中時,帶負電荷的片材會更加相互排斥,使水分子積聚在GO片材之間的空間,最終使膜溶解。共同監督這項研究的Behnam Ghalei博士解釋說,在GO片上添加納米二維碼可以解決濕度引起的解體問題。"帶正電的納米金剛石可以抵消膜的負排斥力,使GO片更加緊湊和耐水"。

          5.俄專家發明一種從固體廢物中獲取氫的技術

          俄羅斯托木斯克理工大學新聞部門發文稱,該校專家發明一名可以從固體廢物(木屑、煤粉、煤泥、舊輪胎)中獲取高含氫量(20%-40%)合成氣體的技術。

          托木斯克理工大學專家是在能源工程學院“生態能源4.0”科研中心開展的相關研究。這里已裝好一系列設備,可以處理從幾克到20公斤不同大小的原始產品。托木斯克“熱電廠-3”打造了一個綜合測試平臺,每小時可以處理4噸原始產品。此項技術是以蒸汽熱轉換法為基礎。原始產品在高溫(500-1200℃)下受蒸汽影響,具體取決于材料種類。

          “我們在此次研究及其他研究中追求的全球目標是找出真正有效的方法,用無人需要的、在能源方面無論如何都無法使用的廢物制造出高邊際利潤產品,同時最大限度地做到環保。我們的目標不是廢物的處理而是再加工?!蓖心舅箍死砉ご髮W能源工程學院負責發展事務的副主任弗拉基米爾·古賓說,“我們在研究木屑、舊輪胎以及煤炭工業廢物,即爐渣、煤泥和煤粉。實驗表明,從煤炭工業廢物中獲得的合成氣體含氫量最高?!?/p>

          在托木斯克理工大學研發的裝置中,壓實形態的原始材料被水蒸氣破壞,無論有氧或無氧,取決于材料本身。過程中只有材料的有機部分被破壞。

          古賓解釋稱:“最終,我們在不同階段獲得了3種產品。在固態階段獲得碳屑,可用于路面或作為過濾物質用于進一步清潔。如果原始材料是松木屑,經加工可獲得優質生物質炭,用于食品制造。在液態階段,可以獲得液態烴燃料,可作加熱之用。在氣態階段可獲得合成氣體,由氫氣以及最低比例的二氧化碳和氮化合物組成。合成氣體可以很好地燃燒,因此也可用來供熱、重返技術循環以及從中提取氫氣?!?/p>

          本文來源:蓋世汽車,光明網,cnBeta,絲路五通研究

          原文鏈接:https://www.xianjichina.com/special/detail_506038.html

          來源:賢集網

          廈門昌霖化工有限公司:氫氣從哪來?從香蕉皮、煉廠副產物、固體廢物中來

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