基于低共熔溶剂的棕榈油空果串分馏技术：木质素回收与纤维素转化制备乙酰丙酸

本文系统评述了生物质热解耦合催化重整制氢技术，针对化石燃料制氢的高碳排放问题，提出通过优化热解工艺（如两段式热解、超临界水气化）与催化剂设计（如Ni基、双金属催化剂），实现H2产率提升至80%以上。研究阐明了STEEP框架下催化剂的社会经济价值，并指出集成化反应器设计与TRL 6-7级技术是未来工业化关键，为可再生能源制氢提供了理论支撑与实践路径。

　　

全球能源需求年均增长1.4%的背景下，化石燃料制氢每年产生超900 Mt CO₂排放，加剧气候变化与能源安全问题。国际能源署预测，2050年氢能将占全球能源消费20%，但现有62%的H₂仍依赖天然气重整，亟需开发清洁制备技术。生物质作为含碳量35.8-58.6 wt%的可再生资源，其热解转化效率可达80%，远高于生化法的50%，但传统热解存在焦油含量高（15-30 wt%）、H₂选择性低（<40%）等瓶颈。

研究人员在《Biomass and Bioenergy》发表综述，系统梳理了1995-2024年生物质热解技术演进路径：早期（1995-2000年）聚焦生物炭固碳，中期（2005-2015年）转向生物油催化裂解，近期（2020年后）则集中于两段式热解-重整集成系统开发。通过对比超临界水气化（需>374°C/22.1 MPa）与传统流化床热解（500-800°C），发现Ni-Fe/Al₂O₃催化剂可使H₂产率提升至82.3%，而双床反应器设计能将焦油转化率提高至99%。

关键技术包括：1) 热重-质谱联用（TG-MS）分析木质纤维素分解动力学；2) 固定床-流化床耦合反应器实现原位催化重整；3) X射线衍射（XRD）表征催化剂积碳行为；4) 生命周期评价（LCA）量化碳足迹。

研究结果揭示：

1. 生物质热解
   纤维素在300-400°C发生解聚生成左旋葡聚糖（levoglucosan），而木质素在200-500°C产生酚类化合物，通过ZSM-5分子筛催化可将酚类含量从28 wt%降至9 wt%。

2. 生物炭应用
   比表面积>800 m²/g的KOH活化炭对CO₂吸附量达4.8 mmol/g，作为Ni/Co催化剂载体时金属分散度提高40%。

3. 时间线分析
   2010年后钌（Ru）修饰的钙钛矿催化剂（如LaNi_0.8Ru_0.2O₃）使水气变换反应（WGS）活性提升3倍，但成本较传统催化剂高5-8倍。

4. 催化重整
   Ni/Al₂O₃-CeO₂在650°C下实现生物油重整H₂选择性78.9%，但连续运行100小时后因积碳（12 wt%）失活。

5. STEEP分析
   社会维度显示公众对钴（Co）催化剂毒性关注度达72%，而经济测算表明规模化生产可使催化剂成本从85/kg降至32/kg。

结论指出，集成微波热解（加热速率>200°C/s）与膜分离技术可将TRL等级从5提升至7，但需解决反应器结焦（>15 wt%）与催化剂再生（3-5次循环后活性下降50%）等工程难题。该研究为设计"热解-重整-碳捕集"一体化系统提供了关键技术参数，有望推动生物质制氢的工业化进程。