最近,美国《科学》杂志报道了一种直接从生物质(如豆油)中制造氢的新装置(见题图),并称这种方法可以降低利用廉价燃料发电的成本。

 

　　明尼苏达大学的研究人员开发了一种催化方法,可以直接从诸如豆油乃至葡萄糖和水的混合物中生产氢。氢可以在固体-氧化物燃料电池中使用(这种电池目前靠从天然气中提纯的氢进行工作)。通过调节与豆油或糖水一起注入的氧的含量,这种方法还适用于制造合成燃气——一氧化碳和氢的混合物,或变成合成汽油。这种催化方法还可以生产制造塑料的化学原料——烯烃。

 

　　虽然研究的结果还是初步的,但这种新的催化方法代表了一种直接利用廉价生物质作燃料的全新方法(这些生物质要变成生物柴油或酒精才能用作燃料)。“总之,必须要避免产生不挥发液体——不能使其汽化的物质”,伊利诺斯州阿贡国家实验室的特德·克劳斯(Ted Krause)说“:因为通常会产生碳残留物,从而使制氢过程中断。这种新方法去除了将豆油和糖水加工成酒精这类挥发性燃料的过程,从而拓展了可利用的生物质原料的种类。”

 

　　这种催化方法的过程是,将细小的豆油或糖水喷洒到用少量铈和锗制成的超热催化剂上。这种快速加热与催化反应相结合,有效防止了碳渣的生成,否则,会削弱催化剂的活性。这种反应还会产生热量,使催化剂保持足够高的温度,之使反应能持续进行。虽然开始时需用一些矿物燃料将催化剂加热到800℃的工作温度,但以后就不再需要添加更多的燃料以使反应过程续续进行。“这种方法的优点之一是反应过程不需要外来加热,热来自反应本身”。项目负责人、化学工程和材料科学教授兰尼·施米特(Lanny Schmidt)说。

 

　　加快这种反应的关键在于生物质小滴。现有的将挥发性燃料诸如酒精或生物柴油转化成氢的过程进行的比较慢,因为燃料是在管道之中,热传送过程需要1秒钟时间。采用施米特方法,生物质小滴则可瞬时加热(只有几毫秒),而且这种系统反应更快速,体积更小。速度快捷有可能用更小的反应器生产出更多的燃料,从而可降低成本。

 

　　施米特指出,这种方法可能适合于利用其他生物质,如木浆或草、木粉末。而这些生物质目前难以转化成供发电或交通运输用的燃料,因为它们的纤维素含量高。如果能直接用纤维素生产氢和合成气,那将大大提高生物质废料制造的燃料的产量,如用玉米秆而不只是从玉米中提取葡萄糖来制造燃料。其他研究人员目前正试图通过基因工程将草和玉米秆转化成像酒精那样的液体燃料。

 

　　这样的燃料有助于减少美国对国外石油的依赖,并提供一种可再生的燃料来源,而且不会造成大气层中CO2的净增长,因为燃料燃烧时释放的CO2会被生物质在其生长过程中重新俘获。

 

　　克劳斯称,施米特目前的方法能生产少量的电能,一旦进入实用规模的生产将会面临挑战。如在控制生物质小滴的大小和系统温度以保持反应的稳定性并避免对催化剂造成损伤,这一点在大系统中更难做到。

 

　　施米特说,他没有把精力集中于现行技术的商业化上——他的下一个目标是开发用生物质废料作原料的系统。总有一天,这种系统将草坪上剪下的碎草用于发电将成为可能。