等離子體廢水處理協(xié)同分解制氫技術(shù)

氫能被視為未來(lái)比較有希望的能源之一，氫能屬于零碳能源，其利用的最終產(chǎn)物只生成水，非常清潔高效，熱值是汽油的3倍，氫燃料電池的效率可達60%。要推廣利用這種“美好”的能源，需要以高效、安全、成本低廉的制氫、儲氫技術(shù)為依托。專(zhuān)家測算到2050年氫能可以滿(mǎn)足全球20%的總能源需求。傳統的制氫技術(shù)如煤氣制氫、天然氣制氫、電解水制氫等都會(huì )消耗大量不可再生資源，并造成嚴重環(huán)境負荷，不利于可持續發(fā)展。新研究利用等離子體制氫，為氫能發(fā)展提供了新思路。

等離子體分解制氫對原料要求不高,只要是含氫物質(zhì),像天然氣、汽油、醇類(lèi)、生物燃料甚至廢水,都可以成為等離子體法制氫的原料。等離子體制氫反應器設備投入少,它的主要部件電極只是金屬或石墨材料。鑒于以上特點(diǎn),等離子體制氫法適合于各種規模甚至布局分散、生產(chǎn)條件多變的制氫場(chǎng)合。

工業(yè)有機廢水中的有機和無(wú)機化合物具有巨大的能源潛力，采用等離子分解技術(shù)從這些廢水殘留物中生產(chǎn)綠色氫和其他有價(jià)值的工業(yè)氣體，同時(shí)廢水被處理為清潔用水，可以做到環(huán)保和制氫雙收益。

等離子體的能量很高，可以將含氫物質(zhì)原有的分子結構破壞后重新組合，從而制得氫氣。目前利用等離子體制氫的方法主要有高壓脈沖液相放電技術(shù)主要由高電壓沖擊電流在水中產(chǎn)生等離子體，過(guò)程中強大的電流在納秒級時(shí)間向放電通道輸入，使通道內形成高能密度達102～103J／cm3。這樣放電通道內完全由稠密的等離子體所充滿(mǎn)，且輻射出很強的紫外光。同時(shí)，由于瞬間高溫加熱的結果，放電通道內的壓力急劇升高，從而使等離子體通道以較高的速度(102～103m／s)迅速向外膨脹，形成沖擊波。也就是說(shuō)該方法可同時(shí)產(chǎn)生沖擊波、紫外光、強氧化性自由基和強電場(chǎng)四種作用效果。

德國Graforce公司已經(jīng)開(kāi)始利用等離子分解技術(shù)生產(chǎn)氫氣并用于位于柏林的Power2X 工廠(chǎng)。與電解技術(shù)采用蒸餾水為原料不同，等離子分解技術(shù)是以廢水中的高能有機物為原料來(lái)提取氫氣。

廢水處理等離子分解制氫系統

該技術(shù)可將燃料生產(chǎn)成本降低一半，并實(shí)現產(chǎn)量的大幅提升。 如果使用太陽(yáng)能或風(fēng)能等綠色能源為等離子供電將實(shí)現真正的綠色制氫。等離子將沼氣廠(chǎng)、污水處理廠(chǎng)和工業(yè)工廠(chǎng)的廢水作為原料將水中含有的碳和氮化合物（尿素、氨基酸、硝酸鹽和銨）分解成單個(gè)原子，然后將它們進(jìn)行混合以生產(chǎn)氫氣并按要求生產(chǎn)一氧化碳、二氧化碳或甲烷。后利用成熟費托合成工藝將產(chǎn)生的二氧化碳或一氧化碳和氫氣為原料生產(chǎn)合成液體燃料。更重要的是這些燃料可以長(cháng)途運輸，使用航空和航運業(yè)變得更加環(huán)保，而無(wú)需做出任何調整或限制。

等離子制氫設備

等離子體制氫是近年來(lái)新興的制氫方法，與傳統的電解法(即通過(guò)消耗更多的能量將水分解為氧和氫)相比成本要低50%至60%。等離子制氫有豐富的原材料，利用工業(yè)污水、動(dòng)物糞便和餐廚垃圾等來(lái)進(jìn)行制氫，在獲得氫氣的同時(shí)也凈化了水質(zhì)，達到了保護環(huán)境和廢物無(wú)害化資源化雙贏(yíng)效果。等離子體制氫具有裝置簡(jiǎn)單可靠、體積小、重量輕、制氫速率高的優(yōu)勢，如果利用等離子體在醇類(lèi)液相放電制取氫氣中也可應用在電動(dòng)汽車(chē)現場(chǎng)分解制取氫加氫站等場(chǎng)合。