我们对生物质发电的研究取得新突破 助力实现“双碳”目标

12月19日，据扬州大学报道，国家自然科学基金委和江苏省双创博士项目相关项目支持的吴博士研究团队，系统研究了水蒸气含量对镍铝涂层生物质高温腐蚀性能的影响，取得了关键性的新突破。

近期，相关研究成果已在线发表在材料腐蚀国际学术期刊《腐蚀科学》上，将为后续生物质高温腐蚀防护措施提供更全面的科学理论依据。

生物质能作为最具潜力的可再生能源，已成为仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，发展潜力巨大。生物质发电技术的推广应用将是实现“双碳”目标的有效技术途径，对推动我国生物质资源规模化、高效化、清洁化利用将发挥重要作用。

吴介绍，目前对生物质高温腐蚀的研究大多集中在腐蚀性的沉积盐类上，但在生物质电厂的实际工作环境中，蒸汽对锅炉过热器管的腐蚀不容忽视。研究团队系统研究了水蒸气含量对镍铝涂层生物质高温腐蚀性能的影响，深入阐述了不同水蒸气含量涂层的高温腐蚀机理。

记者了解到，针对关键问题，团队首先通过高温渗铝制备出致密性好、与基体结合良好的Ni-Al涂层，然后将Ni-Al涂层作为实验样品，放入模拟生物质高温腐蚀环境的设备中进行相应实验。实验结束后，用增重仪、X射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜对腐蚀样品进行了表征，并对表征结果进行了详细分析。

“在腐蚀实验期间，需要每24小时取出样品，称重并涂上盐。涂盐实验需要纯手工操作，要求涂盐量为5mg/cm2，非常精细，操作难度大。”该研究团队的研究生刘苏说，在涂盐过程中，样品需要一直在电阻炉中加热，以保证盐溶液及时沉积在样品表面。

吴告诉记者，目前还不知道实验最终会显示出什么样的结果，而且需要花费大量的精力和时间来分析。该团队查阅了大量文献，并对研究进行了讨论。最后，通过对一系列微观反应的总结和推理，结合热力学定律，找出了产生这一实验结果的原因，进而深入阐述了不同条件下生物质高温腐蚀的机理。

该团队的研究结果表明，该涂层在没有水蒸气的情况下表现出优异的耐腐蚀性，并且在表面形成了主要由Al2O3(氧化铝)相组成的保护层。局部发生氯化物腐蚀，造成轻微的表面和晶间腐蚀。但在水蒸气条件下，除了氯化物腐蚀外，水蒸气还会渗入腐蚀层/涂层界面，生成活性氯，进一步加速腐蚀过程。随着水蒸气含量的增加，涂层表面会形成大量的铝酸钾，从而抑制氯的生成，减少涂层中氧化物形成元素的消耗。当水蒸气含量为15%时，涂层的晶间腐蚀最为严重。水蒸气含量为30%时，涂层表面腐蚀最严重。

吴认为，在生物质发电厂的实际运行中，调控生物质燃料中的水蒸气可以实现对涂层高温腐蚀行为的更高期待，促进生物质发电的大规模普及。因此，该研究具有非常广阔的发展前景，能够有效提高生物质发电效率，减少碳排放，有助于我国实现“双碳”目标。