综述：生物质转化可持续制氢的综合评述

这篇综述系统阐述了生物质转化制氢技术的最新进展，重点分析了热化学（如气化、热解）和生物化学（如暗发酵DF、光发酵PF）转化路径的优劣势。文章通过对比不同工艺的氢产率（如催化气化达200 mmol/g）、能效（SCWG在650°C达47.17 mol/kg）及经济性（LCOH 1.8-14.9 USD/kg），提出整合催化技术（Ni-Ce/CaO催化剂）与可再生能源的混合系统是未来突破方向，尤其强调需解决焦油形成、微生物代谢调控和超临界水（SCW）反应器设计等关键挑战。

　　

生物质转化技术正成为可持续氢能生产的关键路径。全球85%的能源依赖化石燃料的现状加速了气候变化，而生物质作为第四大能源载体，其高氢碳比特性使其成为理想的绿色氢源。

1. 生物质作为可再生资源
生物质涵盖林业/农业残余物、微藻等有机材料，其元素组成直接影响转化效率。例如，香蕉假茎（氢含量5.62%）和Chlorella vulgaris微藻（7.24% H₂）因低灰分成为优质原料。表1对比了不同生物质的理化特性，显示木质纤维素材料通过热化学转化可获得更高氢产率，而高湿度生物质更适合生物转化。

2. 生物质制氢工艺进展
2.1 催化生物质气化
在800-1100°C下，镍基催化剂（如Ni-Ce/Al₂O₃）可将气化氢产率提升至130.28 g H₂/kg生物质，同时减少焦油形成。但高温操作带来的能耗问题仍需优化。

2.2 生物质热解
快速热解在900°C时气体产物占比达60%，其中H₂体积分数达55%。Co/CeO₂催化剂使废纸热解气体产率从54%增至75.6%，凸显催化剂设计的重要性。

2.3 超临界水转化
SCWG在374°C/22 MPa条件下溶解有机中间体，避免焦炭生成。添加AlCl₃催化剂使Enteromorpha prolifera的H₂产率提升145倍至19.5 mol/kg，但高压设备成本限制其规模化应用。

2.4 微生物发酵
暗发酵中，Clostridium菌株通过乙酸途径理论产氢4 mol H₂/mol葡萄糖，而光发酵利用紫色非硫细菌（PNSB）可进一步将有机酸转化为H₂。两阶段联用使玉米秸秆氢产率达141.42 mL/g TS，能效转换提升至10.12%。

3. 技术经济性挑战
催化气化的CAPEX高达118.56百万美元，而暗发酵成本较低（0.9百万美元）。但生物质预处理（如木质纤维素水解）和氢纯化（PSA技术）仍占OPEX的30-50%。表4显示，SCWG的氢成本为1.94 USD/kg，接近DOE设定的2 USD/kg目标，但尚需政策支持实现商业化。

4. 未来发展方向
界面原子工程可优化蒸汽重整反应路径，而海水电解和塑料废物转化等创新原料利用将降低成本。过程耦合策略（如热解-气化联用）与可再生能源整合，有望将生物质制氢的碳足迹降低70%以上，推动其在交通和化工领域的应用。

5. 结论
生物质制氢技术已展示出从实验室到产业化的潜力，但需通过跨学科合作解决催化剂失活、微生物代谢调控等瓶颈。随着全球氢能项目（如中国2800 tpa风电制氢）的推进，该领域将在实现碳中和进程中扮演核心角色。