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一個國際研究團隊設(shè)計了一種使用微藻生產(chǎn)氫和甲烷的新方法，顯著減少了碳足跡。
莫納什大學化學工程系、IITB-莫納什孟買研究院和印度理工學院化學工程系的研究人員使用反應(yīng)性閃蒸 (RFV) 氣化技術(shù)利用微藻生產(chǎn)氫氣，從而產(chǎn)生更新、更清潔的形式活力。
研究結(jié)果表明，與甲烷氣體的蒸汽重整相比，在微藻上使用 RFV 制氫的溫室氣體排放量減少了 36%——這是目前制氫的最佳實踐。
通過將水力發(fā)電等額外的可再生能源過程與研究人員的制氫過程相結(jié)合，碳排放量可能會下降多達 87%。
發(fā)表在《清潔生產(chǎn)雜志》上的這項研究還表明，氫氣的普遍成本為每公斤 10 美元，并使用 RFV 生產(chǎn)天然氣，初始投資的回收期僅為 3.78 年，內(nèi)部率為 22%返回。
Monash 領(lǐng)導(dǎo)的團隊是 RFV 氣化技術(shù)和分析領(lǐng)域的世界領(lǐng)先者。RFV 是一種氣化過程，它使用氧氣和蒸汽將生物質(zhì)或基于化石燃料的碳材料轉(zhuǎn)化為氣體。
目前，微藻的生產(chǎn)不能滿足商業(yè)需求。然而，研究人員表示，用于能源應(yīng)用的微藻種植也可以為農(nóng)村社區(qū)提供額外的收入來源，有可能使他們自給自足。
“氫氣和甲烷只有從可再生資源中生產(chǎn)出來，才是燃料和綠色化學合成的清潔來源。目前，96% 的氫氣和所有甲烷都是使用不可再生資源生產(chǎn)的， ”莫納什大學副教授 Akshat Tanksale 和研究合著者說。
“作為原料的微藻具有很高的二氧化碳固定效率、生長速度、光合作用效率、在咸水中生長的能力——如河流和湖泊——以及在不適合農(nóng)業(yè)的土地上種植的能力。
“水和可再生電力與微藻收集相結(jié)合可以降低成本并提高該過程制氫的可持續(xù)性。”
來自 IITB-Monash 孟買研究院化學工程系的 Yogendra Shastri 博士表示，對氣候變化的擔憂導(dǎo)致人們越來越多地推動更清潔的能源選擇，而微藻可能是生產(chǎn)可再生燃料的潛在候選者。
“氫氣被公認為清潔燃料，因為它在使用時不會導(dǎo)致溫室氣體排放。然而，氫氣的生產(chǎn)也需要是可持續(xù)的， ”沙斯特里博士說。
“由于脂質(zhì)提取效率低（低于 20%）以及微藻收獲和干燥成本高，微藻生物柴油的生產(chǎn)受到限制。
“此外，由于收獲、干燥和脂質(zhì)提取等昂貴的預(yù)處理，基于微藻的氫氣和甲烷生產(chǎn)尚未商業(yè)化；低碳轉(zhuǎn)化效率；和焦油堆積。”
研究人員使用蒸汽作為氣化劑，在 550-650 °C 的溫度范圍內(nèi)對微藻進行了 RFV。這意味著不需要對微藻進行脫水或干燥，并顯著降低了能耗。
使用位于印度的 JSW Steel（本研究的資助機構(gòu)）作為其用于微藻培養(yǎng)的 CO 2來源的案例研究，研究小組估計每小時將有不到 12,800 公斤的微藻用于制氫，速度為1240公斤/小時。
雖然開發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施以培育微藻然后將其提煉成氫氣和甲烷的成本很高，但長期的總體投資回報可以使氫氣和甲烷成為具有成本效益和環(huán)保的燃料來源。
“假設(shè)壓縮到 700 bar 壓力的氫氣市場價格為 10 美元/公斤，氫氣生產(chǎn)的投資回收期為 3.78 年，投資回報率接近 25%。此外，生命周期氣候變化的影響是每生產(chǎn)一公斤氫氣就會產(chǎn)生 7.56 公斤二氧化碳，”孟買 IITB-Monash 研究院的研究生 Pratik Gholkar 博士說。
“在我們尋求減少化石燃料的使用并大幅減少碳排放量的過程中，對世界可用的資源和技術(shù)進行了令人興奮的研究。”
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