研 究 背 景

在全球碳中和战略与可再生能源变革的重大背景下，农林废弃物的高效资源化与能源化利用，已成为推动碳循环、保障能源安全、实现可持续发展的关键支撑。生物质快速热解是实现农林固废高值转化的重要技术路线，然而传统惰性气氛热解长期受制于外部供热效率低、反应能耗高、热质传递受限、反应器放大困难、产物品质难调控等一系列瓶颈，严重制约了该技术的工业化落地与规模化推广。突破热解供热壁垒、构建自热稳态运行体系、实现产物精准调控与高值化，已成为生物质热转化领域亟待攻克的关键科学问题与工程技术难题。

成 果 介 绍

研究团队创新性发展了流化床生物质有氧快速自热热解技术，以松木屑为原料，在500℃条件下通过精准调控氧气当量比，实现生物质高效定向热转化。研究表明，微量氧气引入可选择性氧化生物炭，通过氧化反应原位放热供给反应热，实现体系自热稳定运行；同时，可精准调控产物分布与表面化学特性，显著促进生物炭微孔结构发育与含氧官能团生成，并高效提升生物油中脱水糖与酚类组分的选择性富集。论文全面解答了生物质有氧快速热解过程中氧的作用机理及选择性调控规律，并通过TEA和LCA分析确认了生物质有氧快速热解技术相比传统无氧快速热解技术规模化放大应用时在环境影响/碳排放和经济性等方面的显著优势。该成果以“Oxidative fast pyrolysis enabling autothermal production of porous functionalized biochar and anhydrosugar/phenol-rich bio-oil from biomass”为题发表在Carbon Energy上。

研 究 亮 点

该技术从原理层面突破了传统热解依赖外部供热的核心局限，通过原位自供热实现了反应器放大可行性与经济性的双重提升，设备投资降低26%以上，运行成本显著下降；有氧快速热解条件下，生物炭原位氧化刻蚀使得其比表面积大幅提升，而生物炭前驱体木质素的选择性氧化显著强化综纤维素解聚获得富含脱水糖和酚类/芳烃的生物油，实现多孔功能化生物炭与高附加值生物油协同制备；结合技术经济分析与全生命周期评估，该工艺在能源效率、环境效益与经济效益上均显著优于传统快速热解，为农林废弃物规模化、低碳化、高值化利用提供了一套自热高效、产物可塑、易于放大的热转化利用新工艺，具备重要的推广应用价值。

图 文 解 析

图1  流化床有氧快速热解实验系统

图2  不同氧当量比下松木屑500℃流化床有氧快速热解产物质量产率分布

图3  不同氧当量比下松木屑500℃流化床有氧快速热解气体组成与体积产率

表1  不同氧当量比下松木屑500℃有氧快速热解生物炭的孔隙结构

图4  不同氧当量比下松木屑500℃有氧快速热解生物炭的红外光谱

图5  松木屑500℃有氧和无氧快速热解生物油中水和有机物的产率分布

图6  松木屑500℃有氧和无氧快速热解生物油的GC-MS组成分析

图7  松木屑500℃有氧（ER=5.21%）和无氧（ER=0）快速热解质量平衡和元素再分布

图8  松木屑流化床有氧快速热解多孔功能化生物炭和高选择性生物油形成机理

图9  生物质有氧和无氧快速热解LCA和TEA对比分析

图10  生物质有氧和无氧快速热解环境影响的敏感性分析

相关论文信息

论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。

论文标题：

Oxidative fast pyrolysis enabling autothermal production of porous functionalized biochar and anhydrosugar/phenol-rich bio-oil from biomass

文章研究方向：

生物炭材料合成— —生物质热解转化

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.70233

DOI: 10.1002/cey2.70233

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy

2-年影响因子 24.2

5-年影响因子 23

JCR分区 Q1

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官网 www.carbonenergy.org

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