浸大學者研廚餘產氫氣減廢生能

【明報專訊】廚餘處理和開發清潔能源，是全世界都面對的兩大難題。但有無想過，原來這兩個需求並不矛盾，甚至還可以發揮「協同作用」。有本地學者研究出一套低溫催化技術，利用廚餘等生物廢棄物生產氫氣，既可以大幅降低氫氣的生產成本，又可以減少固態廢物，實行一石二鳥。

明報記者 薛偉傑

生氫科技有限公司（BioH2 Tech Limited）創辦人、浸會大學生物系副教授趙峻表示，根據研究，現時全球每日產生的固體廢物至少超過20億噸；到2050年更會增至34億噸。這些固體廢物中，超過50%都屬於「生物廢棄物」（Biowaste）。所謂「生物廢棄物」，最主要就是家庭、食肆和食品加工廠產生的廚餘。其次，就是農作物的秸稈、畜禽糞便等農業廢棄物，以及落葉、修剪的樹枝等園林廢棄物。理論上，這些「生物廢棄物」都可以循環再造，但實際上，循環再造的比例卻很低。現時主流的堆填和焚燒方式都不算理想，長期困擾着世界各國。

另外，氫氣被視為新一代的清潔能源，用途廣泛，可應用於發電和交通工具等多個領域。但現時全球約九成以上氫氣都是倚賴化石燃料作為原料來生產（只有小部分是將水電解來產生氫氣），即是其源頭仍是開採化石燃料。這種生產氫氣方式的碳排放偏高，實際上削弱了應用氫氣作為清潔能源的意義。所以，趙峻由2021年就開始研究，是否可以利用廚餘等「生物廢棄物」產生氫氣，同時解決兩個問題。

獨有低溫催化技術

雖然近年有些業者研究或採用的高溫熱解和超高溫熱解技術（Pyrolysis），也可以令廚餘等「生物廢棄物」產生氫氣（在惰性或無氧的環境中，透過高溫對廚餘進行熱分解），惟趙峻認為，這類方案的設備成本和所需溫度都比較高（至少超過攝氏700度，有些更高達1500度或以上），成本效益仍然不算理想。

所以，他研發出一種兩階段的低溫催化技術方案。利用獨家研發的催化劑，在相對低溫（攝氏150度至200度）和低壓（3MPa）的條件下，就可以令廚餘等「生物廢棄物」產生氫氣，比現時主流的化石燃料產生氫氣方案以及較新的高溫熱解和超高溫熱解技術大幅節省能源。簡單來說，這個方案的運作方式如下：

在第一階段，在廚餘等「生物廢棄物」加入第一類催化劑和水，以及加熱至攝氏150度至200度。在密封容器內，水蒸氣會產生3MPa（即30Bar，相當於300米深海底的壓力）的壓力。這個催化反應需要2個多小時，結束後，廚餘等「生物廢棄物」會完全分解和溶解在水中。

輸入燃料電池現場發電

在第二階段，從上述的水溶液過濾出第一類催化劑，再加入第二類催化劑。這個催化反應可以在常温和常壓下進行，更會即時產生氫氣（約佔70%至80%）和二氧化碳（約佔20%至30%）。以實驗室常用的二氧化碳吸收劑（例如氫氧化鈉溶液或氫氧化鈣溶液）吸走部分二氧化碳，基本提純之後，就可以將氫氣輸入氫燃料電池在現場即時發電。當然，將產出的氫氣燃燒發電，也是可以的。但趙峻比較提倡，將產出的氫氣輸入氫燃料電池來發電，以實現由固體廢物到「綠電」的無縫連接，也省卻儲存和運輸氫氣。這是因為，氫燃料電池乃直接將化學能轉換成電能，其發電效率可以達到50%至60%，比燃燒氫氣發電的效率（約42%至46%）更高。而且，氫燃料電池的發電過程廢熱少、噪音低，裝置也可大可小，安裝十分靈活。

每噸廚餘料可產電800度

趙峻表示，現時市場上主流的「綠氫」生產方案（即是利用可再生能源）的成本是每公斤氫氣3至6美元（包括基本提純和設備折舊，但不包括高純度提純、儲存、運輸，下同）。而他的低溫催化技術方案的成本估計只是每公斤氫氣1.8至3.3美元，可以將氫氣的生產成本降低45%之多。

至於碳排放方面，生產每公斤「灰氫」（使用化石燃料作為原料）會排放10至20公斤二氧化碳；生產每公斤「藍氫」（使用化石燃料作為原料，加上「碳捕獲和封存」技術）也會排放3至6公斤二氧化碳。將水電解來生產氫氣，每公斤亦會排放10至15公斤二氧化碳（指火力發電廠那端）。相比之下，其低溫催化技術方案生產每公斤氫氣，卻只會排放大約0.9公斤的二氧化碳，比上述三者都要低得多。

他估計，使用其低溫催化技術方案處理1噸未脫水的廚餘，就可以產生大約50公斤的氫氣，從而產生大約800度（kWh）的電力。當然，廚餘的含水量和成分並非每批次都完全相同。在最理想情形，其低溫催化技術方案處理1噸未脫水的廚餘，更可以產生大約70公斤的氫氣。

[新經濟新天地]

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