约翰内斯堡大学的SECLG工艺模拟显示，一种前景光明的工业工艺可将粉碎的甘蔗废料高效转化为绿色氢气，效率远超以往想象，相关研究发表于《可再生能源》杂志。

模拟结果表明，与传统的生物质气化工厂相比，该工艺能源效率较高，且焦油、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和氮气(N)排放量仅为焦油排放量的一小部分，未来或助力钢铁和水泥等能源密集型行业脱碳。

全球每年约生产14亿吨甘蔗，其中约5.4亿吨甘蔗渣被压碎。印度、中国、巴西和毛里求斯等国已利用甘蔗渣气化发电为国家电网供电。气化是将生物质“化学燃烧”并转化为合成气(氢气和其他气体的清洁混合物)的方法，过程中不涉及传统火力。

约翰内斯堡大学化学工程技术系研究员比莱努·奥博伊里恩教授称，目前大规模气化方法能源和氢气产量不高，还会产生大量焦油等有害副产品。典型合成气成分中，氢气占10 - 35%、一氧化碳占20 - 30%、二氧化碳占10 - 25%、焦油10 - 100克/立方纳米、氮气占40 - 50%，还有余量碳氢化合物，且二氧化碳不会被工艺捕获，高焦油产量需大量额外清洁设备，增加运营成本。

吸附增强化学循环气化(SECLG)是更有效的生物质(如甘蔗渣)气化方法，过去10年多个研究小组一直在开发。与现有工业方法相比，SECLG可生产纯度更高的绿色氢气，生物质产量更高，能源效率更高，还能更好地捕获碳。

奥博伊里恩教授和硕士候选人Lebohang Gerald Motsoeneng创建了SECLG过程的数学模型，并在实验室规模上用Aspen Plus进行全面模拟，比较了两种用作氧载体的金属氧化物对氢产量等参数的影响。模型估计，SECLG产生的气体成分中，氢占62 - 69%、一氧化碳占5 - 10%、二氧化碳不到1%、焦油不到1克/立方纳米、氮不到5%，还有碳氢化合物平衡。这意味着高氢气产量、低焦油浓度和低氮稀释度可降低经济成本，但氢气仍需进一步净化才能达到工业级。

奥博伊里恩表示，拥有现有生物质气化基础设施且易获取生物质的国家，如中国、巴西和南非，将从甘蔗渣SECLG生产绿色氢气中获益最多，因为改造现有技术比新建专用工厂更容易、更便宜。

Aspen Plus模型比较了氧化镍(NiO)和氧化铁(Fe₂O₃)的效率，还考察了氧载体和吸附剂材料的稳定性。模型显示，氧化镍在反应中可产生纯度更高的氢气，更有效捕获二氧化碳;氧化铁更擅长产生易燃烧的混合气体，表明可调式SECLG工艺除氢气外，还可能生产柴油等运输燃料。

不过，该模型尚未解决实际应用中氧载体和吸附剂材料随时间降解的问题，也未对固体物料输送及灰分和焦炭有效分离进行建模或模拟，而这些对可行SECLG系统必不可少。

奥博伊里恩称，目前正在实验室通过实验进一步验证概念，希望根据实验数据验证模型。SECLG虽是经过程模拟模型验证的概念，但尚未应用于大规模工业生物燃料制合成气生产。该工艺需约600摄氏度温度、约5巴压力和多个循环，还需金属氧化物氧载体和吸附剂输送系统实现连续催化和碳捕获循环。

奥博伊里恩表示，吸附增强生物质化学循环气化是生产氢气和运输燃料的有前景工艺，这项研究需投资基础设施并开展行业合作，以实现可持续发展，发挥SECLG技术潜力。

更多信息：Lebohang Gerald Motsoeneng 等人，《吸附增强生物质化学链气化制氢及运输燃料》，《可再生能源》(2025 年)