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成都生物所在高溫原位加氫甲烷化制備生物天然氣研究獲進展

文章來源:成都生物所 發表時間:2019-03-20

  我國的生物天然氣資源豐富,可利用秸稈、畜禽糞污、生活垃圾、污泥、各類沼渣等各類可制備生物天然氣的資源潛力約為1500億立方米,完全可以替代我國的天然氣進口。日前國家能源局印發《關于促進生物天然氣產業化發展的指導意見(征求意見稿)》。《意見》提出,要統籌可再生能源和天然氣產供儲銷支持政策,將生物天然氣融入大能源,以工業化、市場化方式推動生物天然氣加快發展。根據指導意見,預計從2020年到2030年,生物天然氣產量將從20億立方米增加倒300億立方米。 

  沼氣的成分主要為甲烷(50%~60%)和二氧化碳(40%~50%),經脫碳(二氧化碳)后可得到與天然氣品質相當的生物天然氣,以便利用現有的天然氣輸送和終端利用設施進行安全高值利用。目前工業應用的沼氣脫碳制備生物天然氣的工藝主要有高壓水洗、物理吸收、化學吸收、變壓吸附、膜分離等。這些方法的本質是將二氧化碳從沼氣中分離出并排放到大氣中,是一種拋棄式脫碳,這不僅造成溫室氣體排放,而且極大地浪費了二氧化碳資源。如果進行二氧化碳加氫甲烷化脫碳,則可以利用二氧化碳資源提高生物天然氣產量,是一種利用式脫碳。二氧化碳甲烷化反應所需的氫氣供給目前已經不是主要障礙,氫氣可來源于風電、光電、水電的電解水獲得,由于電能較難儲存,可通過電制氣的方式實現能量儲存。目前歐洲已經開始研究“Power to Gas”戰略計劃的可行性。 

  中國科學院成都生物研究所碩士研究生朱獻濮在李東博士的指導下,開展高溫原位加氫甲烷化制備生物天然氣研究,直接將氫氣通入豬糞厭氧消化反應器內,平均甲烷產率從未加氫階段的222 L/kg VS提高至292 L/kg VS,平均相對甲烷含量從66%提高至83%。通過微生物多樣性分析表明,嚴格氫營養型產甲烷菌Methanoculleus、 Methanobrevibacter、 Methanobacterium是高溫原位加氫甲烷化系統的主要產甲烷菌,且外源氫氣的加入會弱化同型產乙酸菌與氫營養型產甲烷菌之間的互營協作關系,而作為種間電子傳遞載體的甲酸鈉的加入有助丙酸降解產乙酸,從而保證系統的穩定。該研究為生物天然氣生產提供新的思路。 

  本研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目課題、中科院國合局對外合作重點項目、中國科學院青年創新促進會等的支持。相關成果發表在Journal of Cleaner Production期刊上。 

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