约翰内斯堡大学的一项研究显示，一种前景光明的工业工艺——吸附增强化学循环气化(SECLG)工艺，可将粉碎的甘蔗废料高效转化为绿色氢气，其效率远超以往想象，相关研究发表于《可再生能源》杂志。

模拟结果表明，与传统生物质气化工厂相比，SECLG工艺能源效率更高，焦油、一氧化碳、二氧化碳和氮气排放量大幅降低，未来有望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，产生约5.4亿吨甘蔗渣。目前，印度、中国、巴西和毛里求斯等国已利用甘蔗渣气化发电。气化是将生物质“化学燃烧”转化为合成气(氢气和其他气体的清洁混合物)的方法，且不涉及传统火力。

约翰内斯堡大学化学工程技术系研究员比莱努·奥博伊里恩教授指出，当前大规模气化方法存在能源效率低、氢气产量不高、产生大量焦油和其他有害副产品等问题。典型生物质气化产生的合成气成分复杂，二氧化碳未被捕获，高焦油产量需大量额外清洁设备，增加运营成本。

而SECLG工艺更为有效。过去10年，多个研究小组一直在开发该工艺。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，还能更好地在生产过程中捕获碳。

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软件进行全面模拟。他们比较了氧化镍(NiO)和氧化铁(Fe₂O₃)两种氧载体对氢产量等参数的影响。模型显示，SECLG产生的气体成分中氢气占比62 - 69%，一氧化碳5 - 10%，二氧化碳不到1%，焦油不到1克/立方纳米，氮不到5%，气体中较高的氢气产量、较低的焦油浓度和氮稀释度可显著降低经济成本。不过，氢气仍需进一步净化才能达到工业级气体标准。

奥博伊里恩表示，拥有现有生物质气化基础设施且生物质获取容易的国家，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易且成本更低。

Aspen Plus模型还考察了氧载体和吸附剂材料的稳定性。结果显示，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;氧化铁则擅长产生更易燃烧的混合气体，表明可调式SECLG工艺除氢气外，还可能生产柴油等运输燃料。

目前，该模型尚未解决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，但这些对可行的SECLG系统至关重要。奥博伊里恩称，目前正在实验室通过实验进一步验证这一概念，期望根据实验数据验证模型。

SECLG虽已通过过程模拟模型验证，但尚未应用于大规模工业生物燃料制合成气生产。该工艺需要约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的输送系统以实现连续催化和碳捕获循环。奥博伊里恩认为，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，实现其潜力需对基础设施投资并加强行业合作。

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)。