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低碳足迹可持续天然气的催化生产

       天然气是全球主要能源之一,可以作为发电、供热和运输的燃料,也可以作为制造氢和氨的原材料。其主要成分为CH4和少量的C2-C4碳氢化合物。生物成因和热成因是目前公认的两种天然气成因机制。无论以何种方式生成,天然气形成的几个必要条件是有机分子、适宜的温度和大气、漫长的百万年时间,有时还需要水。丰富和可获取的生物质被认为是已知的唯一可再生碳资源,也是生产燃料和化学品的化石燃料的有希望的替代品。由于天然气需求的快速增长和价格的剧烈波动,利用可再生生物质资源生产合成天然气受到了广泛的关注。因此,如何有效地将生物质转化为商业天然气仍然是一个挑战。
近日,中国科学院大连化学物理研究所秦晓斯, 鲁瑞, 赵智通在,
Nature Communications上的最新研究“Catalytic production of low-carbon footprint sustainable natural gas”开发了一种催化驱动的方法,可以直接将固体生物质转化为生物天然气,可以适用于当前的基础设施。一种具有Ni2Al3合金相的催化剂可以使各种农林业剩余物几乎完全转化,在相对低温(300摄氏度)下经过数小时后,气体产物的总碳产率可达93%。该催化剂对30次循环的天然气生产具有较强的处理能力。通过初步的生命周期评估,特别是对低氢压和非化石氢进行了评估,并进行了技术经济分析,预测该工艺是一种具有经济竞争力的生产工艺。
       本研究旨在通过模拟自然地层条件来生产天然气。在这里,我们报道了一种强劲的催化剂与Ni2Al3合金相催化固体生物质在水相中快速生成气体,仅在几个小时内。在300℃条件下反应5 h,产气产物碳产率为93%,符合商品天然气的组成。该催化剂的寿命周期评价表明,在低氢压和非化石氢条件下,该催化剂的生命周期一次化石能源消耗和温室气体排放显著降低。与文献报道的天然气生产工艺相比,本工艺具有以下特点:(1)该工艺可以将各种农林业残留物转化为生物天然气,催化剂可获得且成本低廉,操作温度相对较低。此外,天然气产品的成分与商业天然气基本一致。(2)技术经济分析预测该工艺是具有经济竞争力的生产工艺,并通过初步的生命周期评估估计了该有效技术的低碳足迹。我们开发了一种高效的技术,使生物质原料几乎完全转化为生物天然气,碳摩尔产量达到93%。适合目前天然气的管道输送。Ni2Al3相具有独特的诱导铝位羟基优先解离吸附的能力,这可能促进了木质纤维素C-O键的裂解,并进一步促进了C-C 的生成。同时,该催化剂对回收生产的天然气表现出强大的处理能力。
       由于天然气需求的快速增长和价格的剧烈波动,利用可再生生物质资源生产合成天然气受到了广泛的关注。生命周期评价表明,低氢压和非化石氢可显著减少生命周期主要化石能源消耗和温室气体排放。结合进一步的工艺开发,这种有效的方法可能因此在减少全球二氧化碳排放和生物天然气的形成方面发挥重要作用。(AMSC & QYIM BY Wu编报)


 

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