生物质气化CO2排放因子与减排潜力的系统量化研究及优化策略

本研究针对生物质气化技术碳排放特性不明、减排潜力量化不足的问题，通过建立CO2排放因子与减排潜力计算方法，系统分析了气化温度（900-1000°C）、当量比（ER 0.27-0.39）、原料特性（LHV、FC）等关键参数的影响规律，发现双流化床排放较高而蒸汽气化潜力突出，为低碳气化系统优化提供了创新分析框架与实践指导。

　　

随着全球气候变暖加剧，化石燃料燃烧产生的CO₂排放已成为亟待解决的环境问题。尽管生物质能作为第四大能源占全球能耗14%，其气化技术的碳中和发展潜力仍缺乏系统量化。现有研究多聚焦燃煤电厂碳排放（如Zhao等测得810.35 g/KWh），而对生物质气化过程中温度、气化剂等参数如何影响CO₂排放及减排潜力尚不明确。

湖州市特种设备检验中心科技项目（2023-ZB-04/05）与湖南省自然科学基金（2023JJ50342）支持的研究团队，在《Biomass and Bioenergy》发表论文，首次建立了生物质气化全生命周期碳排放分析模型。研究人员整合文献实验数据，通过计算CO₂当量排放因子（含CH₄、N₂O转化值）与减排潜力指数，结合方差分析解析关键参数影响机制。

主要技术方法

1. 构建气化过程碳排放核算框架，涵盖运输预处理、热化学转化、合成气利用三阶段

2. 采用敏感性分析确定温度（700-1100°C）、当量比ER（0.2-0.4）、蒸汽碳比S/C（0-2.5）等参数阈值

3. 基于37组气化炉实验数据，对比固定床/流化床/双流化床的排放差异

研究结果

1. 温度影响：900-1000°C为最优区间，高于此范围时Boudouard反应（二氧化碳与碳生成一氧化碳的吸热反应）导致排放激增

2. 气化剂选择：空气气化减排效果优于蒸汽气化（减排潜力差38.6%），但后者合成气中H₂/CO比例更优

3. 原料特性：固定碳（FC）含量提升10%可使减排潜力提高15.2%，含水量9%时潜力最大

结论与意义

该研究首次量化揭示双流化床气化炉的排放量较固定床高21.7%，而优化ER至0.3可同步降低排放并提升潜力值17.3%。提出的计算模型为生物质能碳足迹评估提供了新范式，其关于原料水分控制、气化温度精准调控的结论，可直接指导工业级气化装置的低碳化改造。特别是发现蒸汽气化虽短期减排效果有限，但其合成气品质对化工领域的长期碳替代价值显著，这一发现为生物质多联产技术路线选择提供了重要依据。