【喜迎二十大】天津科技大学机械工程学院低碳绿色过程装备团队在氢能源领域研究取得新突破

近日，天津科技大学机械工程学院低碳绿色过程装备团队教师吴龙及其所在课题组成员，针对生物质气化制氢过程中反应装置热能效率和催化剂性能所面临的问题和挑战进行了研究，相关研究成果以题为“Improving catalyst performance of Ni-CaO-C to enhance H₂ production from biomass steam gasification through induction heating technology”发表在机械和能源领域国际顶级期刊《Energy Conversion and Management》。该论文第一作者和通讯作者为机械工程学院教师吴龙，天津科技大学为唯一通讯作者单位 (DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.116242)。

机械工程学院低碳绿色过程装备团队立足“碳中和、碳达峰”目标，依托机械工程/能源动力学科，在农产品加工及农林生物质资源化综合利用技术与装备方面开展持续研究。近几年承担国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划项目、天津市自然科学基金和中国科学院可再生能源重点实验室开放基金等科研项目多项。带领本科生/研究生在“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛及中国研究生能源装备创新设计大赛等大型学科竞赛中获得国家级/省部级奖项10余次，培养了学生的科研及创新创业能力，也促进了青年教师的教学科研水平。

图1. 电磁感应强化热能转换和催化剂性能提升生物质气化制氢的机理示意图

项目介绍：气化装置热能效率和催化剂性能在生物质气化制氢中起着关键作用。针对目前气化装置热能转换效率不高和催化剂易失活（焦炭沉积）等痛点问题，作者构思了一种新型气化技术和装置策略：基于法拉第电磁感应原理，利用焦耳热效应原位加热催化剂中Ni原子。通过耦合调控电-热转换过程及Ni在催化剂中空间分布浓度，使“自热”的催化剂表面形成最佳的正温度梯度。像给催化剂加“保护盾”一样有效阻碍气化过程中焦炭及小分子污染物“靠近”催化剂，从而保持催化剂的反应活性。通过对气化过程中催化剂理化性质的变化进行解析，确定了新装置可以有效降低催化剂表面焦炭沉积量。将新装置应用于四种典型的生物质（芦苇杆、小麦秸秆、玉米芯和稻壳）进行催化气化制备氢气，结果表明，新装置可以大幅度提升生物质气化制氢的产率，四种生物质的氢气产量可分别提升117.2%、81.4%、106.6%和133.5%。同时，新装置的能耗只有目前常用气化装置的1/3左右。

团队近几年先后在Energy Conversion and Management、Separation and Purification Technology、International Journal of Hydrogen Energy、Drying Technology等国际权威期刊发表论文30余篇。

附论文发表页面：

论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890422010196?via%3Dihub