生物质气化过程中气体与焦油形成特性及镍基介孔催化剂的调控机制研究

本研究针对生物质气化过程中焦油副产物抑制与氢气(H2)高效生成的难题，通过实验探究温度、水蒸气及镍(Ni)介孔催化剂对气体组分(含50%(V/V)H2)和PAHs(多环芳烃)的影响，发现750°C下Ni催化剂可使焦油减少84%，为废弃物能源化(WtE)技术提供关键数据支撑。

　　

在全球变暖与碳中和背景下，传统垃圾焚烧发电(WtE)技术面临效率瓶颈与焦油污染的双重挑战。生物质气化技术虽能转化废弃物为合成气(H₂/CO等)，但焦油副产物会堵塞设备，而高温运行又导致能量损耗。日本研究人员通过实验揭示了温度与催化剂的协同作用机制：当温度升至850°C以上时，无需催化剂即可有效抑制焦油，但镍(Ni)介孔催化剂的引入能在750°C实现84%焦油减排，并将氢气(H₂)产量提升至50%(V/V)。该成果发表于《Chemosphere》，为开发低能耗、高效率的废弃物处理技术提供了关键参数。

研究采用日本雪松木质颗粒为原料，通过连续进料气化系统，对比分析了温度(650-950°C)、水蒸气添加及不同催化剂(Ni/介孔二氧化硅、白云石、燃烧灰烬)对气体组分和焦油特性的影响，结合气相色谱与PAHs组分分析揭示调控规律。

主要结果

1. 气体生成特性：H₂产量随温度升高而增加，水蒸气促进重整反应，但氧气会抑制可燃气体生成。
2. 焦油抑制：高温(≥850°C)或Ni催化剂均能显著降低焦油，后者在750°C即可使PAHs占比下降84%。
3. 催化剂效能：Ni介孔催化剂性能最优，白云石次之，燃烧灰烬亦展现潜在催化活性。

结论与意义
该研究明确了PAHs可作为焦油控制的直观指标，Ni催化剂在中等温度下的高效性为平衡能耗与产物收率提供了新思路，推动生物质气化技术向工业化应用迈出关键一步。