千年古城 青年力量 9

　　你是否相信，花瓣、树枝、树叶能用来生成清洁能源，甚至能制备出氢气来供新能源汽车使用？这并非天方夜谭，而是我们身边的科技。

　　与一般科研人员不同，华南农业大学材料与能源学院副教授胡志锋的研究对象有些特殊：树枝、树叶、花瓣等农林废弃物以及各类生活垃圾。他整天琢磨的，就是如何把这些废弃物变成可循环的清洁能源。如今，他正在进行农林废弃物化学链气化制备合成气和氢气研究，将枯树枝、树叶等农林废弃物通过化学反应转化成可以用来生活做饭的合成气以及有广泛用途的氢气。“在不久的将来，氢能源汽车也能用上我们的氢气。”他说。

　　文、图/广州日报全媒体记者 肖欢欢

　　“垃圾堆中做学问” 

　　枯枝落叶在他眼中也是“宝”

　　1988年出生的胡志锋是土生土长的广州人，如今他主要从事生物质能源高效清洁利用方面的研究。因为平时工作要接触农林废弃物和生活垃圾，胡志锋经常要到垃圾焚烧发电厂去，甚至钻进燃烧后的垃圾焚烧炉，查看垃圾焚烧的情况，他笑称自己是在“垃圾堆中做学问”。

　　因为经常要到垃圾焚烧发电厂，对于那里的气味胡志锋深有体会。有一次他钻进垃圾焚烧炉膛的内部，刺鼻的臭味他戴着两层口罩都遮挡不住，但他忍着恶臭，仔细观察垃圾燃烧后在炉膛内的各种性状。从垃圾焚烧炉膛出来之后，他身上的臭味依旧，回到家连家人都受不了。后来，凡是去垃圾焚烧发电厂，胡志锋都要穿上一件质量差点的旧衣服，因为衣服回来后的“余味”很长时间内都无法褪去，基本不能再穿了。

　　胡志锋告诉记者，城市中随季节更迭落下的树枝、花瓣、树叶、果壳，乃至大家家中扔掉的年花、盆栽，作物收割后的秸秆，还有各类生活垃圾，在他眼中都是“宝贝”。他坦言，虽然做清洁能源研究是一个苦差事，但清洁能源的研究非常有价值。“研究成果能为美丽广州做出贡献，并且能节约能源，产生经济价值，那么辛苦点也值了。”

　　优化污泥掺烧发电方式

　　为电厂增收 为锅炉“增寿”

　　如何让生活垃圾变废为宝，是胡志锋吃饭、睡觉都在想的事。早在大学期间，他就对生物质制备清洁能源产生兴趣。大二那年，老师指导他开发设计了超临界燃煤发电厂锅炉高温管内氧化皮剥落堵塞的探测仪。

　　胡志锋介绍，生物质能源是最具有潜力的替代能源,而污泥是常见的一种生物质,在日常生活、工业制造、自来水处理过程中都会产生污泥。但常规的污泥处理方式难以处置产量巨大的生活、印染等污泥。用煤粉掺烧污泥发电,是一种减量化、资源化、无害化的污泥处置工艺，但煤粉掺烧污泥燃烧后容易产生低熔点共晶体的熔融现象,会在锅炉受热面上积灰和结焦，影响锅炉寿命。

　　胡志锋告诉记者，农林废弃物中较高含量的碱/碱土金属、硫、氯和硅等元素在高温燃烧过程中会发生复杂交互反应，导致锅炉结焦、积灰和腐蚀等一系列问题，严重影响锅炉的安全稳定运行，不仅严重影响传热效率，还会堵塞和腐蚀管道壁面，甚至导致爆管。“目前用于消除结焦、积灰的方法包括生物质原料水洗预处理、焚烧炉操作工艺参数优化、不同品质原料掺烧、开发新型结焦、积灰及腐蚀抑制剂等。其中掺烧、原料预处理和添加抑制剂由于操作方便、成本低廉而成为首选。我需要研究的，正是燃煤锅炉掺烧污泥高效燃烧与低污染物排放协同优化技术。”

　　胡志锋研究发现，与燃煤相比，包括农林废弃物和生活垃圾燃烧所产生的灰分含有高含量的碱（土）金属，那些可以帮助燃煤减少灰渣的化学物质，不一定能用于解决生活垃圾燃烧产生灰渣的难题。“因此需要进一步开发用于准确预测生活垃圾和农林废弃物等生物质燃料结焦、积灰的专用模型。”

　　他和团队通过热力学平衡计算、元素迁移模拟结合实验研究，可以快速低成本地阐明不同碱（土）金属去除、不同抑制剂添加对灰分熔融温度、黏温特性、碱金属/氯等关键元素形态演变的规律，进而指导开发出高效的结焦积灰抑制剂以及生物质原料预处理策略。通过建立反应模型,有效防止了焚烧炉发生熔融和结焦，降低了污染物排放，并增加了电厂收益，延长了电厂锅炉的使用寿命，该技术创新在实际应用中产生了良好的生态效益。

　　将农林废弃物转为生物炭

　　可“吃”90%牛仔裤印染污泥

　　不止污泥可以再利用，其他各类生活垃圾在胡志锋眼中也是“宝贝”。“在我们眼中，城市中没有真正的垃圾，只有摆错地方的生物质。”而把农林废物变成生物炭，是实现“变废为宝”的第二个渠道。

　　他介绍，生物炭由农林废弃物、城市垃圾等热解生成，是一类环保经济型材料，其原料价格低廉、来源广泛，是一种经济高效的吸附剂。“农林废弃物是生物炭的一个重要来源，可通过垃圾渗滤液工艺耦合或单独用作吸附剂。比如，由水稻秸秆制备的改性生物炭，对降低垃圾渗滤液COD有一定的效果，是经济、高效的吸附剂。”

　　城市生活垃圾填埋场会产生很多垃圾渗滤液。垃圾渗滤液生化处理过程中产生的污泥可作为原料制备生物炭，并用于吸附等物化工艺，实现重复利用。“污水厂中的脱水污泥含有较多有机质，因此脱水污泥可作为原料用来制备生物炭，可以吸附处理垃圾渗滤液的膜浓缩液。”

　　几年前，增城新塘镇就遇到过牛仔裤印染过程中污泥过多的问题。新塘镇有很多牛仔裤生产工厂，在生产过程中会产生不少污泥，如何让这些污泥再利用，胡志锋和团队前去支招。经过一年的研究，他将污泥干化后掺烧发电或改性活化制作成生物炭和活性炭，如今，新塘这些制衣厂产生的污泥90%可以进行再利用。

　　经过多年的摸索，他和团队已实现连续生产、自供热、高效转化制备生物炭,使农林废弃物实现高品质生物炭的提升。“品质差点的生物炭可以制备成炭肥改善土壤环境,利于农林作物的生长;品质好的生物炭经过活化制备成活性炭,可以用于吸附河道的重金属和污染物、吸附家居用品释放的甲醛等有害气体;品质更好的可以用于医疗检测、提取黄金等用途。”

　　胡志锋表示，将农林废弃物转化成生物炭，既实现农林废弃物的循环利用，又延长了产业链，还可以把生物质生长过程中吸收的二氧化碳以生物炭的形式固存起来，具有较好的经济和生态效益。

　　用农林废弃物制作氢气

　　将来或应用于新能源汽车

　　对胡志锋来说，研究农林废弃物的综合利用，就像“打怪升级”。“一份农林废弃物，能产生多份清洁能源当然最好。”当前他又有了新的应用场景———农林废弃物化学链气化制备合成气和氢气。

　　他观察发现，城市里的园林和农林废弃物利用还有提升的空间。“比如修剪后的树枝，一般是粉碎后堆肥或焚烧发电，但这样没有把这些生物物质用在更适合的地方，还有更优的利用方案。那就是把树枝、树叶等在高温下通过控制载氧体的供氧量，把农林废物转化为合成气。载氧体释放氧气可以与生物质发生反应，变成一氧化碳、甲烷、氢气等组合成的合成气。通过调控制备成的合成气可以像煤气和天然气一样用来做饭,也可以当做制备甲醇、乙醇等化学品的原材料。”

　　而当前，他和团队正忙着拓展另一个科研攻关项目，那就是通过化学链循环系统来制备纯氢。因为氢气燃烧后不会产生二氧化碳，是真正的清洁能源。“我们设置了两个反应炉，一个是燃料反应器，生物质在其中和载氧体发生反应，专门产生合成气（主要是氢气和一氧化碳）可以直接使用，比如用作民用燃气、焚烧发电或制备甲醇等原料；载氧体释氧后形成还原态并循环到蒸汽反应器，还原态的载氧体与水蒸气继续反应，夺取水蒸气中的氧而恢复成正常的氧化态，水蒸气因失去氧而最终以氢气的方式排放出来，进而制备成纯氢。在这个过程中，一份生物质可以梯级制备成两种产品，也就是合成气和纯氢。”而将氢气作为新能源汽车的燃料，也是当前新能源汽车的研发热点，所以农林废弃物在制备合成气和纯氢方面有极为广阔的应用前景。

　　胡志锋说，目前团队正在制备氢气方面进行科研攻关，争取尽早实现规模化生产。“氢气制备现在最大的制约因素是原料来源和耗能，如果能把农林废物等作为制备氢气的来源，将解决氢气制备原料缺、成本高、耗能高的难题，氢气制备就不会受到天气、光照等因素影响。届时，大量氢气就可以用作工业和生产用途。”

　　近日，广州市发布《广州市碳达峰实施方案》，方案要求到2025年，单位地区生产总值能源消耗比2020年下降14.5%，单位地区生产总值二氧化碳排放完成省下达的目标。胡志锋也参与了该方案的编制工作。他表示，他们的工作在广州“双碳”目标实现过程中可发挥重要作用，他和团队的干劲更足了。