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1月19日，從中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所傳出消息，該所生物質(zhì)氫鍵選控與活化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員路芳團(tuán)隊研發(fā)出一種高效的生物質(zhì)催化劑，實現(xiàn)了原生生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備低碳天然氣。
路芳介紹，研究團(tuán)隊發(fā)展出一種農(nóng)林廢棄物為原料合成天然氣技術(shù)路線，提出一種高效的催化氫解策略，可以直接轉(zhuǎn)化多種農(nóng)林廢棄物快速制備天然氣。在溫和條件下催化生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化制備天然氣，其中天然氣的碳收率可達(dá)93%，并且符合管道天然氣的組成。
生物質(zhì)作為自然界內(nèi)廣泛存在的一種可再生資源，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成。生物質(zhì)組分結(jié)構(gòu)復(fù)雜且各組分之間通過氫鍵和共價鍵等相互作用，構(gòu)成了生物質(zhì)的韌性結(jié)構(gòu)，在很大程度上阻礙其直接轉(zhuǎn)化利用。
目前，熱解/氣化工藝是廣泛使用的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化技術(shù)之一，通常在600℃~1000℃下運行并產(chǎn)生主要含有一氧化碳、二氧化碳、氫氣和甲烷的氣體混合物。其中，碳?xì)浠衔锏目偤恳话阈∮?0%，該工藝生產(chǎn)的天然氣不能滿足管道天然氣的成分要求。此外，反應(yīng)后殘留的固體殘渣需要去除，分離裝置將增加能耗和運行成本。因此，將生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化為商用天然氣仍然是一個挑戰(zhàn)。
為解決上述問題，研究團(tuán)隊針對生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點，通過精準(zhǔn)構(gòu)建Ni2Al3合金催化活性中心，促進(jìn)原生生物質(zhì)大分子中碳—氧和碳—碳鍵的高效斷裂，最終通過高效氫解的策略，在溫和條件下實現(xiàn)原生生物質(zhì)直接催化轉(zhuǎn)化制備天然氣。
經(jīng)全生命周期和經(jīng)濟(jì)評估分析表明，生物質(zhì)天然氣與化石天然氣相比，碳排放降低了30%左右，通過初始?xì)鋲旱膬?yōu)化，0.1MPa氫壓條件下的碳排放僅為4.0MPa氫壓下的10%左右。
“該技術(shù)路線有望實現(xiàn)從原生生物質(zhì)出發(fā)，利用可再生氫氣等制備生物質(zhì)天然氣，再通過管道輸送將該天然氣用于工業(yè)、住宅、交通和發(fā)電等方面。”路芳認(rèn)為，該技術(shù)路線制備的天然氣能夠有效減少碳排放，具有一定的經(jīng)濟(jì)競爭性，為生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化利用提供了新技術(shù)路徑。
針對此次原生生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化為低碳天然氣的成功反應(yīng)，路芳表示，下一步，研究團(tuán)隊將積極探尋如何將現(xiàn)有反應(yīng)體系的間歇式反應(yīng)裝置改造成合適的連續(xù)式反應(yīng)裝置，并計劃在連續(xù)式反應(yīng)裝置中對該反應(yīng)進(jìn)行放大。
天然氣是重要基礎(chǔ)化石能源之一，可作為發(fā)電、供熱和運輸?shù)娜剂?，也可用于生產(chǎn)甲醇等大宗化學(xué)品。與石油、煤炭相比，天然氣燃燒效率高、碳排放及污染物排放低。而生物質(zhì)作為一種廣泛存在的可再生資源，發(fā)展農(nóng)林廢棄物為原料合成天然氣技術(shù)路線，對于緩解天然氣供應(yīng)緊張、促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化和利用，同時減少碳排放具有重要的意義。
