甘蔗和负碳氢的产生

达米安·巴斯斯通教授向AZoCleantech讲述了他关于甘蔗如何用作清洁能源生产氢气的改变游戏规则的研究。

是什么促使你研究甘蔗作为一种清洁能源来制造氢气?

我们之前研究过将甘蔗转化为替代产品(如生物聚合物)，发现这在经济上非常有利。虽然制糖利用甘蔗渣作为热能，但这是制造生物聚合物、液体糖或乙醇时的残留物。这些残留物可以用于发电或氢等替代能源产品。

是什么让甘蔗成为一种合适的资源，可以彻底改变氢气的生产?

我们正在使用甘蔗渣馏分，因为果汁馏分可用于其他地方(例如，乙醇或生物聚合物生产)。很少有其他作物能产生如此巨大且相对可靠的生物量，使其成为大规模制氢的理想选择。

你能解释一下你的团队在研究中使用的流程吗?

我们研究了两种技术。热气化是一种干燥过程，在高温下进行。甘蔗渣被干燥，然后不完全燃烧产生气体混合物，进一步与氢气和二氧化碳反应。二氧化碳被提取(也可能被捕获储存)，留下氢气作为产物。我们还研究了热液气化，这是一个类似的反应，但在高压和潮湿条件下。这样就避免了在加工前需要烘干甘蔗渣。

用甘蔗制造氢气会是一个昂贵的过程吗?这项技术能被更大规模地采用吗?

根据我们的经济分析，该工艺可以以每公斤1.5- 3美元的价格生产氢，这比任何其他形式的非化石氢的成本都要低。如果我们不在高压下生产氢气，它可以以更低的成本制造出来。这项技术只适用于更大的规模(每天500+ t甘蔗渣)，我们已经评估了每天高达2500 t甘蔗渣。作为参考，较小的规模是中等规模的糖厂，而2500 t/d是最大的糖厂。

达米安·巴斯斯通教授透露，甘蔗用于生产氢气可能对环境有显著的好处。图片来源:Yatra

在生产过程中产生的二氧化碳发生了什么?

目前它作为一种含硫气体(也包括硫化物)与氢分离。这既可以被地理存储，也可以在工业上使用。

这项研究提供了积极的环境效益的潜力，如果大规模采用。你能详细解释一下吗?

它代表了一种低成本氢的可持续来源，同时提供了固定二氧化碳用于工业用途或长期储存的能力。

甘蔗种植者将如何从这一替代途径中受益?

甘蔗种植者和糖厂受到世界糖商品价格的高度影响，其生产成本往往超过糖的价格。在将甘蔗渣加工成氢气的同时，从果汁中生产替代产品(如生物聚合物或燃料)可以提高盈利能力。氢气生产中心还提供了更好的区域效益，包括工业基地和就业机会。

为什么这项研究对更广泛的制氢工业很重要?

作为未来重要的能源载体和主要工业投入，非化石氢生产的连续性和多样性至关重要。非化石氢的唯一其他主要来源是可再生电力，这受到现货价格波动和供应变化的影响。我们生产它的成本也比电解氢低得多，而且可能规模更大。

为什么氢对未来转化不可用能源很重要?这个研究项目与此有什么关系?

氢将电和其他不可用的能量转化为一种用途广泛、清洁的化学能源。这是工业化学生态脱碳的最佳方式，包括清洁冶金、汽车燃料(传统和新兴燃料，包括直接使用氢)、化肥、塑料和日用化学品。它甚至可以用来制作食物。虽然它可以作为高度压缩的气体或液体或液态氨运输，但使用它的最佳方法之一是将氢气生产者直接连接到最终用户。

你在研究过程中遇到了哪些挑战，是如何克服的?

这项技术相对传统，因为它已经在煤气化中使用了一个多世纪，而且甘蔗渣的清洁性质减轻了一些挑战(例如，有毒副产品的形成)。与高压工艺相关的主要挑战包括能够承受高温和高压的材料的有限可用性。这大大增加了水热过程的成本。我们还发现，压缩氢气出售的需求是一个经济上的限制因素。

农民和糖业公司如何在未来将研究成果应用到他们的业务中呢?

未来的项目规模将很大，将涉及种植者、糖业公司和可能的最终用户的直接参与。它还将包括政府投资于氢经济，激励该行业，并提高制糖业的经济可持续性。糖业公司已经在评估这项技术，农民也应该评估未来的技术和产品流。

这个项目的下一步是什么?

将于2021年第一季度编写一份立场文件，介绍研究的总体结果并向公众公布。这项工作的成果目前正在提供给制糖公司。

读者在哪里可以找到更多的信息?

www.awmc.uq.edu.au

https://www.uq.edu.au/news/article/2020/10/students-find-sweet-positives-carbon-negative-hydrogen-0

关于Damien Batstone

达米安·巴斯斯通教授在澳大利亚昆士兰大学高级水管理中心领导环境生物技术和资源回收研究项目。研究工作主要集中在生物质的可再生能源、可再生资源的商品化学品生产以及水-能源-粮食关系，包括从氢气等气体中生产新型水产养殖饲料。他协调了2017-2020年昆士兰大学最后一年的本科化学工程设计课程，150-200名学生设计了一个从概念到最终设计的新颖过程。2020年的设计挑战是甘蔗渣制氢。