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鐘杉杉
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摘要：氫能是一種新型的潔凈能源，生物質制氫是如今最有前景的制氫方式。生物質制氫技術主要分為兩類，一是以生物質為原料利用熱物理化學方法制取氫氣，如生物質氣化制氫，超臨界轉化制氫，高溫分解制氫等熱化學法制氫，以及基于生物質的化學重整轉化制氫等；另一類是利用生物轉化途徑轉換制氫，包括直接生物光解，間接生物光解，光發酵，光合異養細菌水氣轉移反應合成氫氣，暗發酵和微生物燃料電池等技術。本篇總結了目前主流的生物質制氫技術及其發展概況。
現如今化石能源漸趨枯竭，并且其燃燒生成氣體又會帶來嚴重的環境污染問題，因此，新的潔凈能源已成為能源開發的新熱點。而氫能成為熱中之熱[1]。生物質能是一種可再生能源。生物質能轉化技術主要包括生物質氣化、液化、固化以及直接燃燒技術。利用生物質氣化制氫可以實現CO2：歸零的排放[2]，解決化石燃料能源消耗帶來的溫室效應問題，同時可以緩解能源危機問題。
1熱物理化學方法制氫
1.1生物質超臨界轉化制氫
最早應用生物質超臨界轉化制氫后，學者又評估了超臨界水氣化制氫技術，目前國內外都開始對該方法開展了大量的研究。美國最先報道了木材在超臨界水中氣化的研究。隨后在超臨界水氣化制氫方面作了大量的研究，并取得到一系列的有價值的研究結果。西安交通大學多相流國家重點實驗室對超臨界水催化氣化制氫進行了持續的理論和實驗探索研究。中國科學院山西煤炭化學研究所煤轉化國家重點實驗室用氧化鈣作為吸收劑和催化劑，使碳的氣體轉化率和氫的產率得到很大的提高。
1.2基于生物油碳水化合物組分重組的生物質高溫
美國可再生能源實驗室首先在生物質裂解制氫做了一系列研究，隨后對生物質快速裂解油的應用做了系統的總結。之后有研究表面高溫分解的產氫量與溫度存在線性關系[4]。
1.3基于生物質的甲烷轉化制氫
甲烷重整制氫和甲烷催化熱裂解制氫是兩種主要方式。通過吸附動力學和反應器模擬發現在甲烷蒸汽重整技術中以Li2ZrO3作為吸附劑能夠增加氫氣的產量[5]。
1.4基于生物質的甲醇/乙醇轉化制氫
主要技術有甲醇裂解制氫和甲醇重整制氫。Huber等[6]發現在產氫效果類似的情況下以雷尼鎳和錫作為催化劑不僅比鉑金更經濟，還能夠降低甲烷生成量。Benito等[7]提出了ICPO5O3作為催化劑的基于生物質的乙醇重整制氫機制，并提示此催化劑重整產生的氣體可能無需凈化處理直接用于燃料電池。
2生物法制氫
2.1厭氧發酵有機物制氫
Jinn[8]研究發現，在產氫過程中，反應囂的pH值范圍在4.7-5.7之間時氫氣的含量達到60。
李建政等[9]利用兩相厭氧生物處理工藝的產酸相對有機廢水進行發酵，產酸相產生的有機揮發酸經產甲烷相微生物的作用可以進一步產生甲烷。這是一項集發酸法生物制氫和高濃度有機廢水處理為一體的綜合工藝技術。
2.2光臺細菌和藻類制氫
太陽能是巨大能源，通過光合作用固定的太陽能，也是當今人類所用能源的10倍。但是，單位面積的太陽鈾密度卻很低。所以，要大量制氫，就需要很大的受光面積，難實用化。因此在利用光合細菌制氫時的關健問題是如何減少受光面積，即如何撮高光能轉換效率。
3總結
據美國太陽能中心估算，如果光能轉化率能達到10％，就可以同其他能源競爭。美國可在生實驗室進行了氣化重整以及快速熱裂解制氫經濟學分析。在超臨界水條件下氣化生物質制氫具有高效、無二次污染等優點，是未來生物質熱化學技術的重點。此外，生物光分解途徑不僅可以利用豐富的水資源為原料制氫，作為能量的太陽能亦為潔凈的無處不有的能源，發酵途徑在處理廢水領域有很大的發展潛力。
參考文獻
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