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大化所实现生物质制天然气

环球塑化网 2022-01-23

1月19日,从中国科学院大连化学物理研究所传出消息,该所生物质氢键选控与活化创新特区研究组研究员路芳团队研发出一种高效的生物质催化剂,实现了原生生物质催化转化制备低碳天然气。

路芳介绍,研究团队发展出一种农林废弃物为原料合成天然气技术路线,提出一种高效的催化氢解策略,可以直接转化多种农林废弃物快速制备天然气。在温和条件下催化生物质高效转化制备天然气,其中天然气的碳收率可达93%,并且符合管道天然气的组成。

生物质作为自然界内广泛存在的一种可再生资源,主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。生物质组分结构复杂且各组分之间通过氢键和共价键等相互作用,构成了生物质的韧性结构,在很大程度上阻碍其直接转化利用。

目前,热解/气化工艺是广泛使用的生物质原料转化技术之一,通常在600℃~1000℃下运行并产生主要含有一氧化碳、二氧化碳、氢气和甲烷的气体混合物。其中,碳氢化合物的总含量一般小于10%,该工艺生产的天然气不能满足管道天然气的成分要求。此外,反应后残留的固体残渣需要去除,分离装置将增加能耗和运行成本。因此,将生物质高效转化为商用天然气仍然是一个挑战。

为解决上述问题,研究团队针对生物质的结构特点,通过精准构建Ni2Al3合金催化活性中心,促进原生生物质大分子中碳—氧和碳—碳键的高效断裂,最终通过高效氢解的策略,在温和条件下实现原生生物质直接催化转化制备天然气。

经全生命周期和经济评估分析表明,生物质天然气与化石天然气相比,碳排放降低了30%左右,通过初始氢压的优化,0.1MPa氢压条件下的碳排放仅为4.0MPa氢压下的10%左右。

“该技术路线有望实现从原生生物质出发,利用可再生氢气等制备生物质天然气,再通过管道输送将该天然气用于工业、住宅、交通和发电等方面。”路芳认为,该技术路线制备的天然气能够有效减少碳排放,具有一定的经济竞争性,为生物质资源转化利用提供了新技术路径。

针对此次原生生物质催化转化为低碳天然气的成功反应,路芳表示,下一步,研究团队将积极探寻如何将现有反应体系的间歇式反应装置改造成合适的连续式反应装置,并计划在连续式反应装置中对该反应进行放大。

天然气是重要基础化石能源之一,可作为发电、供热和运输的燃料,也可用于生产甲醇等大宗化学品。与石油、煤炭相比,天然气燃烧效率高、碳排放及污染物排放低。而生物质作为一种广泛存在的可再生资源,发展农林废弃物为原料合成天然气技术路线,对于缓解天然气供应紧张、促进农业废弃物转化和利用,同时减少碳排放具有重要的意义。