可再生能源——生物质转化为氢燃料

　　生物质的利用可追溯到几千年前，当我们的祖先第一次成功燃烧木柴生火，人类的历史翻开了新的一页。此后，生物质能成为日常使用的主要的能量来源，极大地促进了社会的发展。 　　尽管化石燃料自19世纪以来广泛的应用放缓了生物质相关技术的发展，但由于人们对可再生能源产生的燃料越来越关注，生物质的发展也已在21世纪初的逐步复苏。其结果是，蒸汽重整技术的开发将生物质资源成功转化为氢燃料，相较于生物质，氢能源具有更高的能量密度并且在燃烧时更环保。这种转换技术采用厌氧消化器，以经过生物处理的生物质材料产生甲烷，如：谷壳，木浆，装饰品，粪，生物质垃圾等，然后使用蒸汽甲烷重整装置产生一氧化碳和氢燃料的副产品，它也被称为合成气。 　　氢燃料的一个重要应用领域是聚合物电解质膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池（质子交换膜燃料电池）可以仅排放出水而将化学能直接转换成电能，从而减少能量损失，这也被认为是一个全新的“绿色能源”的装置。因为它可以在一个低温范围下操作（50°C），易于定制。PEM燃料电池现正被用于开发车用的，便携式的和固定式的燃料电池的应用。 　　在质子交换膜燃料电池氢氧化和氧还原反应中，在低温下启动反应，铂催化剂是必须的，铂也被认为是在质子交换膜燃料电池反应中最活跃的催化剂。然而，铂催化剂是非常敏感的。需要严格控制氢燃料中的杂质含量，特别是一氧化碳。在30ppm的一氧化碳的含量下，燃料电池输出电压会降低48%，如果一氧化碳含量高达100ppm，输出电压则会降低90%。因此，如果我们想利用从生物质中生产出的氢燃料，必须通过SMR技术，从而尽可能的消除合成气中的一氧化碳（体积百分比为20%-25%）。为了从所产生的生物质燃料中除去一氧化碳，我们还需要采用净化系统。在水煤气变换（WGS）反应中，蒸汽被用来氧化大部分的一氧化碳与二氧化碳。然而，由于该反应是一个可逆反应，当一氧化碳的浓度相对较低（但仍高于可接受的浓度），它很难持续保持反应。变压吸附（PSA）技术的出现解决了这个问题，从而能保证最终氢纯度超过99.99%。该技术依赖于在高固体表面吸附的气体压力，此外，该吸附技术对于固体表面材料的要求也非常的高。因此，如果一个吸附剂床，可以强烈地吸收的一氧化碳，但不吸收氢气，被放置在所述腔室并且使合成气通过先前的WGS反应纯化器，高纯度的氢就可以被收集。同时，由于吸附材料的表面面积被限制，所以针对连续长时间生产的情况需要添加多个吸附室。为保持吸收效率，当腔室不使用时，气体必须要释放掉。鉴于这些问题，系统设计和建模对能否有效地净化氢燃料显得极为重要。最新的技术以甲烷专为氢气发电（主要产品从生物质SMR技术生成）与PSA净化系统改革可以生成多达20000立方米气体/小时，可产生氢气纯度高达99.999％，完全符合标准的PEM燃料电池的应用。例如，VerdeLLC在波士顿已经开发了这种类型的系统，并使其可为不同的目的定制使用，例如通过利用由生物质产生的高纯度的氢，以建立一个家庭燃料电池站。想一想：如果所有分布在东部沿海地区的房子都安装了这种生物质燃料电池站，大多数人不会遭受由飓风所有引起长时间的停电。此外，整合这样的站可以减少大量的二氧化碳释放，最后减缓全球变暖的影响。 　　安思卓（南京）新能源有限公司是一家拥有该技术生产能力的世界领先高新科技企业，公司专注于可再生能源产业的发展和技术创新，为风力、太阳能、生物质等新能源发电企业提供先进可靠的制氢储能设备和配套解决方案，公司在制氢和储能方面拥有国际领先水平的专利技术，设备可以在风电/光伏/生物质制氢环境下实现高效生产，为风电/光伏/生物质能发电企业带来有效的节能增效方案，同时，公司新能源制氢设备与燃料电池结合的能量存储系统能显著提高可再生能源的利用效率，给并网发电和氢能的应用推广带来相当积极的经济影响。安思卓（南京）新能源有限公司是南京321计划重点项目，公司的部分合作项目也被纳入国家863计划（国家高技术研究发展计划），这是由国家科技部主导的一项国家性计划，这些都充分体现了安思卓在制氢储能领域的先进性与权威性。 作者：Nick Ni、宋江涛、蒋晨芸