生物与非生物降解废弃物共热解制氢富集合成气优化双燃料发动机性能研究

本研究通过Ni/Al2O3和La/Al2O3催化床共热解花生壳与废牛奶包装膜（1:1），获得氢含量达38.28%的合成气，用于双燃料CI发动机时制动热效率（BTE）提升至32.20%，HC和CO排放显著降低，为废弃物能源化与清洁燃料开发提供新策略。

　　

全球能源危机与环境污染的双重压力下，如何将农业废弃物和塑料垃圾转化为清洁能源成为研究热点。花生壳等生物质与废牛奶包装膜这类难降解材料的混合处理一直是环保难题，而传统氢能生产又面临高能耗与化石燃料依赖的瓶颈。在此背景下，研究人员创新性地提出通过共热解技术将两类废弃物"变废为宝"，并利用催化剂提升合成气中氢含量，为双燃料发动机提供绿色动力源。

该研究采用催化剂床共热解系统，在550-600℃条件下处理花生壳与废牛奶包装膜（1:1混合），通过气相色谱分析合成气组分，并测试其在压缩点火（CI）发动机双燃料模式下的性能。Ni/Al₂O₃催化剂表现出更优的催化活性，获得68%总产气量且氢浓度达38.28%，较La/Al₂O₃组提高近3个百分点。发动机测试显示，氢富集合成气使制动热效率（BTE）提升1.22%，燃料消耗率降至0.28051 kg/kW-hr，HC和CO排放分别减少27%和34%，但NO_x因高温燃烧增加12%。

材料与方法
研究选用花生壳（GS）和废牛奶包装膜（MC）为原料，经粉碎预处理后按1:1比例混合，在固定床反应器中进行催化共热解。采用Ni/Al₂O₃和La/Al₂O₃两种催化剂，通过气相色谱（GC）分析合成气组分，并在单缸CI发动机上测试双燃料性能，对比排放指标。

结果与讨论
催化剂表征显示Ni/Al₂O₃具有更佳的水煤气变换反应活性，促进CO向H₂转化。发动机测试中，氢富集合成气的快速燃烧特性使燃烧相位提前，热效率提升，但需配合EGR（废气再循环）技术控制NO_x生成。废塑料的加入有效调节了生物质热解的碳氢比，协同提高产气品质。

结论
该研究证实废弃物共热解制氢富集合成气的可行性，Ni/Al₂O₃催化剂可优化产氢效率，双燃料应用能同步提升能效与减排。尽管NO_x控制仍需突破，该技术为构建"废弃物-清洁能源-绿色交通"产业链提供关键技术支撑，论文发表于《International Journal of Hydrogen Energy》。Kalaiarasi Kandasamy等学者通过跨学科创新，将环境治理与能源转型两大战略目标有机结合，展现出循环经济的巨大潜力。