九州大學開發超快速熱解生質能技術——成功將微波電場加熱與磁場加熱在空間上分離

如今各界對於將林地殘材、農業剩餘物以及食品廢棄物等未被利用的生物質資源，轉化為生質發電燃料或功能性材料抱有不低的期待，將生物質資源快速熱分解可生成碳材料（生物炭）也有助於長期固碳，促進脫碳化進程。九州大學於2024年10月宣布，該校與東北大學、產業技術綜合研究所、Minamo公司及東京工業大學的研究團隊，成功開發出一項透過微波的電場加熱與磁場加熱的空間分離技術，能夠高效地「超」快速熱分解生物質。此技術利用半導體微波振盪器及電場／磁場分離型的空洞共振器，對熱分解反應中的生物質進行有效加熱。
研究指出，使用微波加熱生物質能夠直接從內部加熱，實現快速熱分解而無需微粉化。隨著生物質熱分解的進行，樣品的碳化程度增加，導致誘電體轉變為導體，從而改變微波的吸收特性。碳化的生物質會反射微波並產生電漿體，使得有效加熱變得困難。對此，研究團隊開發了一種結合微波的電場和磁場分離的空洞共振器，以及配備半導體發生器的微波振盪器的熱分解爐，成功實現了微波驅動的生物質「超」快速熱分解。此方法對於竹粉、杉木粉、椰殼、克雷拉（微藻類）、麥稈粉及稻殼粉等生物質的熱分解非常有效。
以竹粉為模型的原料，經微波電場加熱後，約短短30秒內迅速升溫、促進熱分解。在此過程中，生成以氫氣和一氧化碳為主的合成氣，以及由木質素分解所產生的焦油，並透過氣冷捕捉有效回收。微波電場的應用使得生質能的熱分解過程更為高效，合成氣和焦油能夠在短時間內分離。隨著竹粉的碳化程度加深，微波的反射顯著增加，因此團隊改用微波磁場進行誘導加熱，降低反射並有效加熱碳化後的竹粉。與電熱爐相比，微波加熱可以得到分子排列較為混亂的非晶質生物炭。
在急速加熱技術的規模擴大方面，通過開發大型空洞共振器，原料的熱分解效率提高了20倍。此外，研發了流式微波磁場反應裝置，證實能夠獲得更高純度的碳化物。未來，該技術預期能夠應用於快速熱分解木質素、食品廢棄物、醫療廢物及污泥等有機廢物，並有效分離合成氣、焦油及炭材。

資料來源：fabcross新聞（2024-10-24）
【來源/出處】