医疗废弃物制氢制氧创新模型在约旦医院的应用：能源危机与废物管理的双重解决方案

为解决约旦能源依赖进口和医疗废物(Medical Waste, MW)管理难题，研究人员开发了一种基于气化技术的氢氧生产模型。通过Aspen Plus模拟和27种场景的全因子实验设计(DoE)优化，在800°C气化温度、2.0蒸汽生物质比(S/B)和0.4当量比(ER)条件下，系统实现67 kg/h氢气和519 kg/h氧气产量，同时获得84%和72%的?效和能效。该研究为发展中国家医疗废物资源化利用提供了创新解决方案。

　　

在全球能源危机和环境污染的双重压力下，医疗废弃物的处理正成为各国面临的严峻挑战。约旦作为能源匮乏国家，96%的能源依赖进口，同时每年产生近37万吨医疗废弃物，其中10-25%属于危险废物。2021年约旦Al-Salt医院因氧气供应中断导致9人死亡的悲剧，更凸显了医疗资源可持续供应的重要性。传统医疗废物处理方式如焚烧不仅效率低下，还会产生二次污染。在此背景下，Jumana Alsarhan等研究人员在《Sustainable Chemistry for Climate Action》发表创新研究，提出将医疗废物转化为氢气和氧气的综合解决方案。

研究团队采用Aspen Plus软件建模，整合气化、有机朗肯循环(ORC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和电解系统。以约旦首都安曼57家医院每年1929吨医疗废物为原料，通过27种不同参数组合的全因子实验设计(DoE)进行优化。关键技术创新包括流体化床气化技术、压力摆动吸附(PSA)气体分离以及热电联产系统设计。

在材料与方法部分，研究详细分析了医疗废物的组成特性，其挥发分高达74.3%，适合气化处理。系统设计包含四个主要模块：气化单元将医疗废物转化为合成气；ORC回收余热发电；SOFC直接发电；电解槽最终产出氢气和氧气。研究人员特别比较了温度摆动吸附(TSA)和PSA两种分离技术的优劣，最终选择能效更高的PSA技术。

研究结果部分展示了系统在不同参数下的表现：

在"3.2.1. 气化温度对系统性能的影响"中，研究发现600-1000°C范围内，800°C时系统达到最佳平衡，此时氢气产量67.39 kg/h，氧气519.26 kg/h，SOFC输出1105.14 kW，ORC输出51.69 kW。温度升高虽然促进Boudouard反应(CO₂+C→2CO)，但会降低H₂含量。

"3.2.2. 当量比对系统性能的影响"表明，ER从0.2增至0.4时，虽然合成气热值(LHV)从6.8 MJ/kg降至4.6 MJ/kg，但氧气产量从515.79 kg/h提升至520.35 kg/h。最佳ER定为0.4，此时?效率达82.53%。

"3.2.3. 蒸汽生物质比的影响"部分显示，S/B=2时系统性能最优，氢气产量67.35 kg/h，较S/B=1时提高57%。但过高蒸汽量会导致能效下降，需要权衡产量与能耗。

通过"3.3. 模型全因子统计分析"，研究人员确定最优工况为800°C、S/B=2.0、ER=0.4。此时系统?效率84%，能效72%，每天可产出1.6吨氢气、12.5吨氧气，完全满足医院需求。SOFC和ORC分别输出1.1 MW和52 kW电力，实现能源自给。

这项研究的创新价值体现在三方面：首先，开创性地将医疗废物转化为医疗必需的氧气和清洁能源载体氢气；其次，系统整合多种先进技术，通过?分析优化能量利用；最后，方案完美契合约旦国家气候政策(H1.4)和2030可持续发展目标(SDG7,13)。相比传统处理方式，该模型不仅解决废物处置难题，还能创造每年648万美元的能源进口替代价值。

未来研究可朝两个方向拓展：一是经济性评估，收集约旦本地设备与运营成本数据；二是规模扩展，将当前集中式方案发展为分布式系统，结合光伏(PVT)和质子交换膜电解槽(PEME)形成混合能源站。该技术路线对面临类似挑战的发展中国家具有重要借鉴意义，为实现医疗废物"变废为宝"提供了切实可行的技术路径。