2022/03/10 從香蕉皮中提煉出氫氣 Getting Hydrogen out of Banana Peels

發表日期：2022-03-10
作者：Linda Lacina；翻譯：吳名翊；校稿：吳裕泉
引用來源：https://www.renewableenergymagazine.com/biomass/getting-hydrogen-out-of-banana-peels-20220126
 
『參考要點』：隨著世界能源需求的增加，我們對化石燃料的消耗也在增加。與日俱增的溫室氣體排放量也對環境造成嚴峻的負面影響。為了解決這個問題，瑞士洛桑聯邦理工學院（Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPLF）已經找到從香蕉皮中的「生質物（Biomass）」中，提煉出氫氣的方法。
 
    生質物從大氣中吸收、排出及儲存二氧化碳，同時，生質物分解可以帶給我們負排碳或是去除溫室氣體的方法。然而，即使生質能可以朝著預期的方向發展，其仍舊存在著能源轉換效率是否能夠達到最佳化的問題。
 
生質物氣化技術
    現今有二種主要的方法可將生質物轉換成能源：氣化及熱裂解。氣化為將固體或液體生質物置於1000°C的高溫，將其轉化為氣體和固體化合物；氣體稱為「合成氣（Syngas）」，而固體稱為「生物炭（Biochar）」。
    合成氣是氫氣、甲烷、一氧化碳和其他碳氫化合物的混合物，它們被當作「生物燃料（Biofuel）」來進行發電。另一方面，生物炭則通常被認為是一種固體碳廢棄物，其可應用於農業。
 
生質物熱裂解技術
    另一種方法為生質物熱裂解技術，跟氣化的方法類似，不過加熱的溫度稍微低一點，介於400度至800度之間，壓力在惰性氣體中達到5巴（壓力單位）。熱裂解有三種類型：常規熱解（Conventional Pyrolysis）、快速熱解（Fast Pyrolysis）及瞬間熱解（Flash Pyrolysis），前二個所花費的時間最長，且產生的焦碳也最多。
    瞬間熱解在600°C的環境下進行，能夠產出最多的合成氣（Syngas），花費的時間最短。不幸的是，它還需要能夠處理高溫和高壓的專用反應器。
 
透過香蕉皮分解氫氣
    如今，瑞士洛桑聯邦理工學院基礎科學院的教授休伯特．吉羅（Hubert Girault）帶領科學家們研發出一種生質物光熱解方法，不僅可以生產出具有價值的合成氣，也能夠生產出生物炭，並可被應用在其他層面，此研發成果已發表在英國期刊《化學科學》（Chemical Science）中。
    這項方法使用氙氣燈（Xenon lamp）進行閃光熱裂解，通常此法多應用於固化印刷在電子產品上的金屬印墨。伯特．吉羅（Hubert Girault）教授的團隊在近幾年也曾使用這項技術應用在其它計畫，像是合成奈米粒子。
    這種氙氣燈的白色閃光提供了高強度的能源及可促進光熱化學效應的短脈衝。這個原理是產生強烈的閃光，能夠讓生質物吸收，並且立即觸發光熱生質物以轉化為合成氣和生物炭。
    這種閃光技術可應用在不同來源的生質物上，如：香蕉皮、玉米芯、橘子皮、咖啡豆和椰子殼，這些生質物的初始階段都在105°C高溫下烘乾24個小時，然後研磨並過篩成細粉。將粉末置於環境壓力和惰性氣體內的不銹鋼反應器中。開啟氙氣燈的閃光功能，整個轉換過程在幾毫秒內結束。
    參與這項研究的科學家巴納．納加爾（Bhawna Nagar）說道：「每公斤的乾燥生質物可以產生大約100公升的氫氣和330克的生物炭，比原本乾燥香蕉皮的生質物的還要多33%的質量百分比濃度（wt.%）。」該方法可使每公斤乾燥生質物產生4.09兆焦耳（mega joule，MJ）的正能量。
    這種方法的傑出之處，在於其產出之氫氣和生物炭都是有價值的。氫氣可應用於綠色燃料，而固體生物炭既可以用於掩埋、肥料，也可以製造導電電極。
    巴納．納加爾（Bhawna Nagar）說道：「多年來，我們一直從大氣中，間接捕獲二氧化碳來儲存，這個事實進一步提高了我們工作的相關性，最終我們使用氙氣閃光燈立即將其轉化為有用的產品」。