德國fraunhofer：來自植物殘渣的綠色氫氣

2022年07月02日08:42:01 科學 1833

到目前為止，處理綠色廢物和污水污泥的最常見方法是堆肥或焚燒。然而，使用這些材料來生產有價值的能源氫將更有意義。弗勞恩霍夫製造工程與自動化IPA研究所的一組研究人員正在努力實現這一目標。CO2捕獲是這一發展的關鍵：例如，在從廢物中生產氫氣過程中產生的CO2被分離出來，然後用作化學工業的原材料。通過這種方式，研究小組可以使用各種工藝從有機廢物中產生負碳氫，從而從大氣中去除CO2。

德國不乏有機廢物。根據德國環境署的數據，僅去年一年就有大約460萬噸最終進入了德國家庭的堆肥箱。這還不包括來自公園和花園，農業和食品生產的廢物，以及污水污泥和食堂的剩餘物 - 總而言之，它達到了1500萬噸。其中大部分被帶到堆肥廠，或被焚燒以產生熱量和電力。這會產生二氧化碳（CO2）排放，這損害了我們的氣候。「有機廢物太有價值了，不能以這種方式使用，」斯圖加特弗勞恩霍夫IPA生物智能技術可持續發展小組負責人Johannes Full說。「使用這種材料產生氫氣更有意義。公司2然後，在此過程中發射的輻射可以被分離，存儲或用於工業應用。許多人認為氫氣是未來的清潔能源載體。在能量轉換過程中的利用過程中，只有水被釋放出來。但就目前而言，氫氣仍然主要由天然氣產生。基於植物殘渣的生產過程將更加氣候友好，就像用可再生電力電解一樣。

降低一氧化碳水平2在大氣中

在過去的幾年中，已經看到了將生物質轉化為氫氣的各種工藝的發展。在他們的分析中，Full和他的同事們評估了哪些工藝在技術上是成熟的，並且可以在未來有效地運行。新的轉化方法也有望成為傳統有機廢物管理中某些弱點的答案：無論生物質是堆肥還是燃燒，它總是釋放出植物事先通過光合作用從空氣中吸收的二氧化碳。從工廠中捕獲這些溫室氣體，目的是將其用作化學工業的原材料或將其儲存在廢棄的天然氣田地下，這將更有意義。「這樣，我們就能一石二鳥，」Full說。「我們致力於減少大氣中二氧化碳的含量，同時也利用植物殘渣在此過程中產生綠色氫氣。

充分利用生物質的潛力

Fraunhofer IPA正在與金屬行業的一家公司合作開展的一個項目展示了生物質的潛力。在這個項目中，來自當地果農和葡萄酒商的廢物，以及紙板，木材和食堂廢物可以轉化為氫氣。然後將這種氫氣直接用於金屬加工。該過程的第一步是在黑暗容器中細菌的幫助下發酵剩餘的水果和食堂廢物，以產生氫氣和二氧化碳。然後，發酵的物質可以通過傳統沼氣廠的另一種發酵過程轉化為甲烷。甲烷又轉化為氫氣和一氧化碳2.相比之下，木材和紙纖維很難以這種方式發酵。它們可以分成一氧化碳2和氫氣使用木材氣化爐。作為該項目的一部分，Fraunhofer IPA正在比較不同的工藝選項，以幫助選擇最合適和最有效的技術。此外，IPA研究人員正在開發技術優化方法，以降低成本並確保各自的過程儘可能環保。

從紫色細菌中產生氫氣

紫色細菌在從水果和乳製品廢物中產生氫氣特別有效。斯圖加特大學的研究人員已經成功地以幾乎不需要光的方式修飾了細菌，這意味着氫氣生產過程需要更少的能量。與Fraunhofer IPA一起，他們正在研究未來更大規模地用紫色細菌生產氫氣的財務上可行的方法。作為H2Wood – BlackForest項目的一部分，Fraunhofer IPA的團隊還與Fraunhofer界面工程和生物技術研究所IGB合作，探索微生物如何分解木材廢料以形成氫氣和其他有價值的分子，用於化學工業。其他項目合作夥伴包括Schwarzwald校園和斯圖加特大學工業製造與管理研究所IFF。

巴登 - 符騰堡州的工業氫氣樞紐研究

弗勞恩霍夫IPA進行的題為「巴登 - 符騰堡州的工業氫樞紐」（簡稱「I-H2-Hub-BW」）的研究表明，綠色氫氣有可能滿足特定工業部門的某些能源需求和區域內的重型貨物運輸。研究人員發現，如果配送中心（即樞紐）具有戰略定位，分散的氫氣生產和使用將得到回報。這些集線器使用綠色電力，操作電解槽，將水分解成氫氣和氧氣。為了避免運輸成本，樞紐必須儘可能靠近消費者。因此，選擇地點的第二個重要標準是當地工業對工藝熱，高溫工藝和氫氣的需求，例如用於生產氮肥。基礎設施同樣重要：「理想的位置是靠近繁忙的道路和可以設置氫氣加註站的卡車倉庫，」Fraunhofer IPA的科學家Jürgen Henke博士說。在位置標準的幫助下，Henke領導的研究小組確定了巴登 - 符騰堡州的可能位置 - 首先是萊茵 - 內卡大都市區和大卡爾斯魯厄地區。在計算機模擬的幫助下，弗勞恩霍夫IPA的研究人員證明，在特定情況下，30%的化石能源可以在十年內被區域生產的綠色氫氣所取代 - 僅使用該州自己的開放空間。

Fraunhofer USA\\r Fraunhofer USA， Inc. 成立於 1994 年，是一家非營利性的 501 研發組織。FhUSA為來自行業，州和聯邦政府的客戶進行應用研發。作為歐洲最大的研發組織Fraunhofer Society的全資子公司，Fraunhofer USA擁有國內和國際資源來增強研發服務組合。弗勞恩霍夫美國研究中心和德國弗勞恩霍夫研究所共同努力，為全球市場提供最通用的尖端技術。Fraunhofer USA提供獨特的跨大西洋商機，以縮小從實驗室到實際市場的創新差距。\\r \\r Fraunhofer USA是德國Fraunhofer Gesellschaft的子公司，運營着七個研究中心和兩個營銷辦事處。每個研究中心都隸屬於德國67個弗勞恩霍夫研究所中的至少一個，以及美國的一所主要研究型大學。美國實驗性軟件工程和能源創新，加強跨大西洋在教育、應用研究和創新方面的合作。 indeed.com