氢能是最理想的清洁能源，具有资源丰富、燃烧热值高、清洁无污染、适用范围广等特点。从未来能源的角度来看，氢是高能值、零排放的洁净燃料，特别是以氢为燃料的燃料电池，具有高效性和环境友好性，将成为未来理想的能源利用形式。利用污泥来制取氢，不仅可以解决污泥的环境污染问题，还可以产生氢气，缓解能源危机。污泥制氢技术主要有：污泥生物制氢，污泥高温气化制氢，以及污泥超临界水气化制氢。

一、污泥生物制氢。

    污泥生物制氢是利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气的原理进行的。根据微生物生长所需能源的来源，污泥生物制氢有3种方法：光合生物产氢，发酵细菌产氢，光合生物与发酵细菌的混合培养产氢。 

1、光合生物产氢。

光合生物制氢是指在一定的光照条件下，光合生物(一般包括细菌和藻类)分解底物产生氢气。目前，研究较多的产氢光合生物主要有：颤藻属、深红红螺菌、球形红假单胞菌、球形红微菌等。利用光合细菌和藻类协同作用来发酵产氢，可以简化对生物质的热处理，降低成本，增加氢气产量。另一种能够进行光合产氢的微生物是蓝藻，它与高等植物一样含有光合系统，但其细胞特征是原核型，属于原核植物，含有氢酶，能够催化生物光解水产氢。

2、发酵细菌产氢。

与光合细菌一样，发酵细菌也能够利用多种底物在固氮酶或氢酶的作用下将底物分解制取氢气。这些底物包括甲酸、乳酸、丙酮酸、各种短链脂肪酸、葡萄糖、淀粉、纤维素二糖及硫化物等。

二、生物制氢的不足。

生物制氢技术的整体研究水平仍处于基础阶段，目前还只限于实验室研究，试验数据也为短期的试验结果，连续稳定运行期超过40d的研究实例很少。即便瞬间产氢率较高，长期运行能否获得高产量尚待讨论。另外，天然厌氧微生物的菌种来源大多局限于活性污泥；生物制氢的供氢体仅仅局限于简单的碳水化合物；大多数研究都集中在细胞和酶固定化技术上，如探讨产氢菌种的筛选及包埋剂的选择等。

三、污泥高温气化制氢。

污泥高温气化制氢一般是指将污泥通过热化学方式转化为高品位的气体燃气或合成气，然后再分离出氢气。气化时需要加入活性气化剂和水蒸气，活性气化剂一般为空气、富氧空气或氧气。

四、污泥超临界水气化制氢。

污泥超临界水气化制氢是在水的温度和压力均高于其临界温度(374.3℃)和临界压强(22.05MPa)时，以超临界水作为反应介质与溶解于其中的有机物发生强烈的化学反应生成氢气。 

1、反应机理。

2、对于在超临界条件下有机废物分解反应中的气化反应，主要考虑与C、H、O有关的蒸气重整反应(吸热反应)、甲烷生成反应(放热反应)、氢生成反应及水煤气转化反应。

(1)C+H2O→CO+H2(△H=131.3J/mol)(1) 

(2)CO+H2O→CO2+H2(△H=-41.2J/mol)(2) 

(3)在高温、高压条件下发生(1)、(2)反应，向反应体系中添加Ca(OH)2可吸收并回收副产物CO2，从而促进氢生成反应的发生。一般在650℃、25MPa以上的高温、高压下，几乎100%的碳被气化，氢回收率很高。 

3、国外研究现状。

2004年，日本东京大学的Yoshida设计了3段式连续超临界水气化制氢反应器。该反应器由热解反应器、氧化反应器和接触反应器组成。试验详细分析了各个反应器中进行的化学反应，获得了最佳反应参数。在399.85℃、25.7MPa、停留时间为60s的条件下，碳的气化效率为96%，产生的气体主要为氢气和一氧化碳，其中，氢气的体积分数约为57%[26]。日本三菱水泥公司向20g有机废弃物(污泥、废塑料等)中添加50ml水，然后将其放入超临界水反应器中，在650℃、25MPa的反应条件下反应，生成以氢气和一氧化碳为主的气体，且氢气占总产生气体体积的60%。然后使用氢气分离管将生成的氢气和其他气体分离，并加以收集，得到纯度为99.6%的氢气。

五、种污泥制氢技术的比较与选择

1、技术比较：

    污泥生物制氢，污泥高温气化制氢以及超临界水气化制氢都属于国内外目前关于提取污泥能量研究的新兴资源化方法，虽然都还不太成熟，但应用前景是光明的。

    三种技术相比较，超临界水气化制氢技术具有良好的环保优势和应用前景，目前已积累了一些试验研究结果。该技术是一种新型、高效的可再生能源转化和利用技术，具有极高的生物质气化与能量转化效率、极强的有机物无害化处理能力、反应条件比较温和、产品的能级品位高等优点。与污泥的可再生性和水的循环利用相结合，可实现能源转化与利用以及大自然的良性循环。在超临界水中进行污泥催化气化，污泥的气化率可达100%，气体产物中氢的体积分数甚至可以超过50%，且反应不生成焦炭、木炭等副产品，不会造成二次污染，具有良好的发展前景。

2、工业选择问题：超临界水气化制氢技术还不够成熟，如果用于工业还需要进一步的完善。主要包括：提供污泥中典型成分的气化率及产品气体组成等方面的数据，考虑各影响因素，得到最佳的反应条件；选择可经济操作的、具有较长使用寿命的催化剂及相应的载体；重点了解超临界水的独特性质及其对催化表面和反应活性的影响；对多相催化气化反应的机理及反应路径进行探讨，在此基础上得到较为精确的动力学反应数据。 

六、结语

污泥制氢技术在国内外都是比较前沿的污泥能量利用技术，但目前还仅仅处于探索起步阶段，没有实际的工程经验可借鉴，为此，需要进一步深入讨论。

此外要特别注意，国外的某些能源化方法虽然值得借鉴，但不是所有的工艺参数都适合我国的国情，在实际应用时需要慎重考虑；国内本身也还需要强化污泥的处理、处置及资源化技术；另外，要建立宏观的“污泥能量管理体系”，避免污泥所产生的能量丢失，造成资源的浪费。

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