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提名国家自然科学奖项目公示项目名称生物质定向热解制取高品质液体

一、项目背景与意义

(1)随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严峻，开发清洁、高效的能源利用技术已成为当务之急。生物质作为一种可再生资源，具有巨大的开发潜力。然而，传统的生物质燃烧方式存在燃烧效率低、污染物排放量大等问题。因此，开发一种高效、环保的生物质转化技术，实现生物质的高值化利用，对于推动能源结构优化和环境保护具有重要意义。

(2)生物质定向热解技术是一种将生物质转化为高品质液体的清洁转化技术，具有高效、环保、可再生等优点。该技术通过控制热解过程，使生物质中的有机质在特定条件下发生热解反应，生成高品质液体燃料和化学品。这些高品质液体燃料和化学品可以替代传统的化石燃料，广泛应用于交通运输、工业生产等领域，从而实现生物质资源的最大化利用。

(3)本项目针对生物质定向热解制取高品质液体技术进行了深入研究，旨在突破传统生物质转化技术的瓶颈，提高生物质转化效率，降低环境污染。项目的研究成果将为生物质能源产业的发展提供技术支持，推动生物质能源产业的转型升级，助力我国实现能源结构优化和环境保护的双赢目标。同时，该技术的推广应用将有助于提高生物质资源的附加值，促进农村经济发展，为我国能源安全和生态文明建设做出贡献。

二、研究内容与方法

(1)研究内容主要包括生物质定向热解过程中的关键参数优化、热解反应机理探究以及高品质液体产物的制备工艺研究。通过实验分析，确定最佳热解温度、升温速率、停留时间等关键参数，实现生物质资源的高效转化。例如，在热解温度为500℃，升温速率为10℃/min，停留时间为10min的条件下，生物质热解液体的产率可达60%。

(2)为深入探究生物质定向热解反应机理，本项目采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)等分析手段，对生物质热解过程中的产物和中间体进行定性定量分析。结合热重分析(TGA)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等技术，研究生物质热解过程中的反应路径和机理。例如，通过对玉米秸秆进行定向热解，成功提取出富含芳烃类物质的高品质液体，其中苯类物质含量高达20%。

(3)在高品质液体产物制备工艺研究方面，本项目重点研究热解液的分离纯化、催化剂应用以及添加剂优化等关键技术。通过实验验证，采用分子蒸馏、吸附分离等技术，将热解液中的杂质去除，提高液体产品的品质。例如，通过添加一定比例的催化剂，可使生物质热解液体的产率提高10%，同时液体产品的热值也得到显著提升。此外，本研究还探索了多种添加剂对热解液性能的影响，发现适量添加抗氧剂、稳定剂等，可延长液体产品的储存期限，提高其市场竞争力。

三、创新点与技术突破

(1)本项目首次提出了一种基于多孔碳材料负载的催化剂体系，有效提高了生物质定向热解过程中的催化活性。与传统催化剂相比，该催化剂体系在降低反应温度、提高热解液产率方面具有显著优势。实验数据显示，使用该催化剂体系，生物质热解液的产率可提高15%，且热解温度可降低至450℃。

(2)研究团队创新性地引入了动态热解技术，实现了生物质定向热解过程中温度、停留时间等关键参数的精确控制。该技术通过实时监测热解反应过程，动态调整热解条件，有效避免了传统热解过程中易出现的过度热解和局部过热现象。动态热解技术的应用，使得生物质热解液体的品质得到显著提升。

(3)本项目在生物质热解液体的分离纯化方面取得了突破性进展。通过开发新型吸附剂和膜分离技术，实现了热解液中不同组分的高效分离和纯化。与传统分离方法相比，新型吸附剂和膜分离技术的应用，不仅降低了分离成本，还显著提高了分离效率。例如，使用新型吸附剂，热解液中目标产物的纯度可提高至95%以上。

四、成果应用与推广

(1)成果已成功应用于我国多个生物质能源项目，如生物质发电厂、生物质燃料加工厂等。通过生物质定向热解技术制备的高品质液体燃料，在替代传统化石燃料方面发挥了重要作用。例如，某生物质发电厂采用本项目技术后，年节约标煤量达5000吨，减排二氧化碳1.2万吨。

(2)本项目成果还推广至国外市场，与多个国际企业建立合作关系。在东南亚、南美洲等地区，生物质定向热解技术已应用于生物质燃料的生产和出口，为当地能源结构调整和环境保护做出了贡献。据统计，国外市场应用本项目技术后，每年可减少碳排放量超过10万吨。

(3)此外，本项目成果在学术交流、技术培训等方面也取得了显著成效。研究团队积极参与国内外学术会议，分享研究成果，提升我国生物质能源领域的国际影响力。同时，通过举办技术培训班，为相关企业和科研机构培养了一批生物质能源技术人才，为生物质能源产业的可持续发展奠定了坚实基础。

五、社会效益与经济效益

(1)从社会效益角度来看，生物质定向热解技术的应用有助于推动我国能源结构的优