美研究煤清洁燃烧氢能的产能效益

据eurekalert网站2006年4月4日报道，美国桑迪亚国家实验室研究人员目前正在着手试验，研究煤燃烧的特性，为即将到来的氢能经济铺平道路。尽管目前将氢能作为一种未来燃料有着多种方法，但这些方法离实际操作都还有一段相当长的距离，而以煤作为氢能来源的方法最实用。

桑迪亚燃烧研究所（CRF）从事煤清洁燃烧研究的主要负责人克里斯－塞迪克斯说，“将来的某一天，我们可能会采取分裂水分子的方法来获取氢，既可在核反应器中高温高压的条件下进行的，也可通过可再生的能源技术，但是就目前而言，成本效益最高的方法是利用煤的清洁燃烧来产生氢能。”

桑迪亚国家实验室是美国能源部下属的国家核安全管理实验室。塞迪克斯和他的同事们进行了一系列的实验，对煤的燃烧进行优化，在尽可能少产生污染的情况下产生最多的能量。

塞迪克斯指出，一些传统的工厂在燃烧煤的过程中，会排放出有害气体；而现代的工厂能够按照环保规定进行煤的清洁燃烧。由于其他燃料（尤其是天然气）的成本不断攀升，能够进行清洁燃烧的煤越来越具有价格优势。就算加上发电厂分离和存放二氧化碳排放的可能费用，煤产业看上去仍然相当具有优势。

通过煤燃烧既可发电又可产氢，为发展未来技术提供了桥梁。塞迪克斯提到，公共事业已经开始向煤碳产业进行投资。

两个方法

目前进行研究的煤燃烧方法有两种：第一种叫做“氧化燃烧法”，即将煤通入纯氧进行燃烧；另一种叫“气化燃烧法”，即将煤部分燃烧，生成一种可燃气体。塞迪克斯说，第一种方法考虑到了二氧化碳以及其他污染气体的排放问题。就目前所掌握的知识来看，以这种方法燃烧反应后产生的尾气接近纯二氧化碳，不再会产生氮氧化合物、硫化物以及汞等有害物质。但是他认为，氧化燃烧法只会是一种短期的做法。

目前，这种氧化燃烧法在日本、加拿大、德国以及其他国家地区内广受欢迎，这些国家纷纷兴建相关的试验性工厂。但美国公司更倾向于气化技术，该技术在高效能和低污染方面有更卓越的表现。这些技术中有一种被称为“蒸气重组”的方法，使煤与蒸气在高温条件下发生反应，生成一种“合成气”，其主要成分是一氧化碳和氢气。

合成气生成后，可以在涡轮机内直接燃烧产生能量，也可以与更多蒸气进一步发生反应，将一氧化碳转化为二氧化碳，以产生更多的氢气。二氧化碳可以在油田和天然气井进行贮存，产生的氢气可用于多个应用领域，比如为引擎式或者燃料电池式汽车供能；为涡轮产生电力供能；或者为飞机供能。

美国能源部已经在两项试验性工程中展示了气化技术。目前，美国国内数份建议批准公共事业无须得到政府支持即可开办工厂的提案正等待解决。

燃烧研究所作用

作为西弗吉尼亚州摩根城的国家能源技术实验室的合作伙伴，燃烧研究所注重加强一流诊断能力和借鉴专家经验，理解煤燃烧的化学和物理学原理。塞迪克斯称，“我们将计算机模型应用到发生反应的粒子上，通过数据来理解我们所见到的反应结果。”

塞迪克斯和桑迪亚实验室的一名博士后阿勒简德罗－莫利纳共同工作在一间小型实验型，研究分析煤燃烧原理。莫利纳说，“理解（煤）燃烧和释放能量的速度有多快是非常重要的。在纯氧环境代替空气燃烧煤避免了一些分离问题，多余的反应生成物只有水和二氧化碳，便于贮存或处理。”

他还提到，这种氧化法存在一个问题，那就是燃烧火焰温度相当高，可能会很快破坏金属燃烧器材料。他说，“目前面临的问题是，氧气和二氧化碳的比例为多少才是正确的呢？”

继两年的小规模研究之后，另外两家燃烧研究所已经着手投入研究。一家气化实验室将帮助研究人员研究煤化气在加压状态下的表现。一座两层的流体反应器有望于数月后投入试验，协助研究小组研究以二氧化碳循环方式进行煤的氧化燃烧。