生物质快速热解耦合在线蒸汽重整与吸附增强蒸汽重整制氢策略的比较研究

为解决可再生能源制氢过程中的效率与纯度问题，研究人员开展了生物质热解耦合在线蒸汽重整（PY-SR）与吸附增强蒸汽重整（PY-SESR）的对比研究。通过实验证明PY-SESR在525-600°C和S/B比1-3条件下可实现99.8 mol%的H2纯度和0.1180 gH2 g?1biomass的产率，显著优于传统PY-SR工艺。该技术通过原位CO2捕获实现负碳排放，为清洁氢能生产提供了新路径。

　　

在全球能源转型背景下，氢能作为零碳燃料和能源载体备受关注。然而，当前主流制氢技术仍依赖化石燃料，亟需开发可再生能源制氢路径。生物质热化学转化因其碳中性和高能量密度成为研究热点，但传统生物质气化存在焦油污染问题，而生物油蒸汽重整又面临原料腐蚀性难题。为此，一种结合生物质快速热解和在线蒸汽重整的两步法工艺（PY-SR）崭露头角，但其仍存在反应温度高、氢气纯度有限等瓶颈。

针对这些挑战，西班牙巴斯克大学的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表创新研究，首次在连续式中试装置上实现了生物质热解耦合吸附增强蒸汽重整（PY-SESR）工艺。该研究通过对比PY-SR与PY-SESR在450-750°C温度范围和0.5-3蒸汽/生物质比（S/B）下的表现，系统评估了CO₂原位捕获对工艺性能的提升作用。

研究采用锥形喷动床反应器（CSBR）进行500°C生物质快速热解，随后在固定床反应器中分别进行常规蒸汽重整（使用Ni基催化剂）和吸附增强重整（催化剂与白云石物理混合）。通过气相色谱分析产物组成，结合质谱检测计算碳平衡，重点考察了温度与S/B比对氢气产率、纯度及CO₂捕获效率的影响。

温度效应揭示反应机理
在600°C和S/B=2条件下，PY-SR取得最佳氢气产率0.1086 g_H2 g^?1_biomass，纯度仅65.2 mol%。而PY-SESR在525-600°C区间即实现近理论值的氢气产率（0.1180 g_H2 g^?1_biomass），纯度高达99.8 mol%。低温区（450°C）的热点现象表明，白云石碳化放热（ΔH°=-178.32 kJ mol^?1）可补偿重整反应的吸热需求，显著拓宽操作窗口。

蒸汽用量优化显协同效应
当S/B比从0.5增至3时，PY-SR的氢气产率提升30%，而PY-SESR在S/B≥1时即达稳定高效状态。这归因于CO₂捕获推动水气变换反应（WGS）向产物移动，使系统对蒸汽过量的依赖性降低。

技术突破与潜在挑战
该研究首次验证了连续式PY-SESR装置的可行性，其每小时处理0.75 kg生物质的能力为工业放大奠定基础。但需注意白云石循环稳定性、催化剂-吸附剂协同再生等工程问题。采用双功能材料（整合催化与捕获功能）可能是解决颗粒偏析问题的关键。

这项研究的意义在于：1）开发出能同时生产高纯氢（>99 mol%）和实现负碳排放的创新工艺；2）通过降低操作温度（较PY-SR降低75°C）和蒸汽消耗量显著减少能耗；3）为利用现有石化基础设施转型生物质制氢提供技术支撑。未来研究可聚焦于反应器设计优化、材料性能提升及规模化验证，加速该技术从实验室走向产业化。