生物質(zhì)微波熱解產(chǎn)生物油的影響因素研究進(jìn)展

陳 權(quán), 夏洪應(yīng)*, 張 威, 張利波

(1.昆明理工大學(xué) 省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 昆明 650093;2.昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著化石燃料不斷減少，原料來源豐富、可再生的生物質(zhì)能源顯得尤為重要[1]。生物質(zhì)熱解是一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為化工原料和燃料的高效轉(zhuǎn)化技術(shù)[2-3]，其熱解溫度一般為300～1 000 ℃，生物油得率可達(dá)70%以上[4-6]。傳統(tǒng)加熱方式是根據(jù)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射原理等將熱量從外部傳至物料內(nèi)部，熱量總是由表及里傳遞進(jìn)行物料加熱，物料中不可避免地存在溫度梯度，故物料的加熱不均勻，從而造成局部過熱現(xiàn)象。微波加熱技術(shù)與傳統(tǒng)加熱方式不同，微波熱解主要依賴于微波特有的介電加熱方式。介電加熱是指通過材料中的帶電粒子與電磁輻射發(fā)生相互作用，使得分子間發(fā)生劇烈碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱量從而加熱物體，由內(nèi)部向外部進(jìn)行傳熱[7-8]。目前，微波加熱已經(jīng)成功應(yīng)用于油棕殼[9]、柳枝稷[10-11]、稻草[12-13]、污泥[14-15]和松木屑[16]等生物質(zhì)原料的加工利用過程中。與傳統(tǒng)的熱解方法相比，微波熱解技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括加熱均勻[17]、易于控制[18]、加熱速度快，因而能夠產(chǎn)生更多清潔的生物油[19-20]。Domínguez等[21]發(fā)現(xiàn)，污水污泥微波熱解的生物油不含有害化合物(如多環(huán)芳烴化合物)，而相同條件下，常規(guī)熱解的生物油中發(fā)現(xiàn)了多環(huán)芳烴化合物。Ferrera-lorenzo等[22]研究發(fā)現(xiàn)與常規(guī)熱解的生物油相比，微波熱解的生物油含有較少的含氧化合物，并且具有更高的熱值，還可以用來吸附廢水中的金屬離子。作者從生物質(zhì)微波熱解產(chǎn)物分布、影響因素等方面綜述了生物質(zhì)微波熱解的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，分析了當(dāng)前研究過程中存在的問題，并提出了未來研究的方向，以期為生物質(zhì)微波熱解技術(shù)的開發(fā)利用提供參考。

1 微波熱解產(chǎn)物分布

1.1 產(chǎn)物產(chǎn)率分布

生物質(zhì)微波熱解可產(chǎn)生氣固液3種產(chǎn)物，不同微波熱解條件下，得到氣固液產(chǎn)物的產(chǎn)率不同，主要受熱解溫度、功率、吸波劑、催化劑、原料預(yù)處理、加熱時(shí)間、原料性質(zhì)和物料尺寸等因素影響。與常規(guī)熱解相比，微波熱解可產(chǎn)生更多的氣體產(chǎn)物和更少的液體產(chǎn)物，氣體、液體和固體的平均產(chǎn)率分別約為46%、 27%和27%。常規(guī)快速熱解的氣體、液體和固體產(chǎn)物產(chǎn)率分別為10%～20%、 60%～75%和5%～15%[23]。

1.2 氣體產(chǎn)物

微波熱解氣態(tài)產(chǎn)物有H2、CO、CH4、CO2、C2H2、C2H4、C2H6和C3H8等，其中H2、CO、CH4和CO2這4種主要產(chǎn)物約為97%, 其他氣態(tài)產(chǎn)物僅為3%[23]。與常規(guī)熱解氣體產(chǎn)物相比，微波熱解中H2和CO含量較高，而CH4和CO2含量較少，因此微波熱解的氣體產(chǎn)物具有較高的熱值。隨著溫度升高，CO和CO2含量發(fā)生變化,可歸因于炭的布多爾反應(yīng)[24]。而H2含量隨溫度升高而增加，可歸因于溫度升高有利于水煤氣反應(yīng)和烴的裂解和重整反應(yīng)[25]。微波熱解氣態(tài)產(chǎn)物(H2、CO、CH4、C2H2等)可用于發(fā)電[26]。

1.3 固體產(chǎn)物

微波熱解的固體產(chǎn)物(焦炭)不同于常規(guī)熱解，主要差異之一是表面結(jié)構(gòu)。Miura等[27]指出常規(guī)熱解產(chǎn)生焦炭的微孔被大量的炭狀膠黏劑填充，而微波熱解產(chǎn)生焦炭的微孔則很干凈，同時(shí)由于釋放出揮發(fā)性物質(zhì)有利于擴(kuò)孔，形成更豐富的孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的炭的比表面積大于常規(guī)熱解。微波熱解固體產(chǎn)物可用于生產(chǎn)活性炭和其他工業(yè)催化劑的原料[28]，也可以用作肥料[29-31]，還可以用來吸附廢水中的金屬離子[32]。

1.4 液體產(chǎn)物

生物油的熱值大約是傳統(tǒng)燃料油的一半[33]。生物油的含氧量和含水量相對(duì)較高，因此需要進(jìn)一步的提質(zhì)和精煉以提高其熱值。Yu等[34]研究表明將甲醇或乙醇摻入生物油中可以改善生物油的性質(zhì)和穩(wěn)定性。微波熱解生物油的性質(zhì)與常規(guī)熱解生物油略有不同。微波熱解更有利于具有較高碳含量和較低氧含量的生物油的產(chǎn)生[34-35]。微波熱解液體產(chǎn)物的組成比較復(fù)雜，有研究表明：稻草微波熱解產(chǎn)生的液體產(chǎn)物的成分可分為三類：C12～C32的烷烴、苯酚及其衍生物以及帶有2～3個(gè)環(huán)的多環(huán)芳烴(PAH)及其衍生物[36]；而微波熱解玉米秸稈產(chǎn)生的液體產(chǎn)物的主要成分為脂肪族烴、芳香族烴、含氧脂肪族化合物和含氧芳香族化合物等[37]。

2 微波熱解的影響因素

2.1 原料性質(zhì)

纖維素和半纖維素含量高的生物質(zhì)原料熱解可以產(chǎn)生更多的生物油，木質(zhì)素含量高則有利于生物炭產(chǎn)生[38]。而高灰分含量的生物質(zhì)不利于生物油產(chǎn)出，因?yàn)榛曳植荒苻D(zhuǎn)化為生物油。Fernández等[39]對(duì)污泥、咖啡殼和生物柴油生產(chǎn)副產(chǎn)物甘油的熱解試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原料性質(zhì)的影響不僅限于生物油產(chǎn)量，還可以影響生物油組成。Zhang等[40]發(fā)現(xiàn)微波熱解過程中的升溫速率受到生物質(zhì)原料介電性能的影響，從而影響生物油產(chǎn)率。原料含水量也影響生物油產(chǎn)率，水是很好的吸波物質(zhì)，生物質(zhì)微波催化熱解初始階段，絕大多數(shù)微波是被物料水分所吸收，水分蒸發(fā)完后物料的溫度才開始迅速上升。含水量越高，所需的加熱時(shí)間越長(zhǎng)，能量消耗越多，反之相反。生物質(zhì)微波熱解過程中，水分的存在增加了H2和CO2的產(chǎn)率，而降低了CO的產(chǎn)率，常規(guī)加熱時(shí)這種現(xiàn)象更明顯，這是因?yàn)槲⒉峤獯蟛糠炙衷跓峤夥磻?yīng)發(fā)生前已經(jīng)被蒸發(fā)出去。

2.2 物料尺寸

在一定范圍內(nèi)，物料尺寸的減小有利于微波傳熱，這主要是因?yàn)槲锪狭６容^小時(shí)具有大的比表面積，有利于熱解過程中有效熱的傳遞[36,41]。Huang等[36]觀察到當(dāng)粒度由0.425～0.850 mm減少到0.425 mm以下時(shí)，有利于提高加熱速率和最高反應(yīng)溫度。Shang等[42]研究發(fā)現(xiàn)在固定的加熱時(shí)間下，木屑粒度由0.25～0.5 mm增大至0.5～0.8 mm時(shí)，生物油產(chǎn)率增加；木屑粒度繼續(xù)增大時(shí)，生物油產(chǎn)率趨于降低，因?yàn)楫?dāng)粒度大于0.8 mm時(shí)不利于熱傳遞。Zhao等[43]指出由于微波加熱的獨(dú)有特性，可以使用較大粒徑的原料來降低破碎顆粒的成本。

2.3 原料預(yù)處理

預(yù)處理會(huì)對(duì)生物質(zhì)的特性(含水量、粒度、灰分和揮發(fā)分等)產(chǎn)生影響，繼而影響生物質(zhì)微波熱解。Zhang等[44]對(duì)稻殼進(jìn)行水洗預(yù)處理，使微波熱解的液體生物油產(chǎn)率從未預(yù)處理的35.90%提高到41.25%，同時(shí)降低了固體和氣體的產(chǎn)率。這是因?yàn)樗纯梢匀コ?，從而改變熱解的降解途徑以減少炭的形成，水洗還會(huì)將一些有機(jī)物質(zhì)如糖類從稻殼中浸出，導(dǎo)致熱解過程中焦炭形成減少。而烘焙預(yù)處理可以使液體產(chǎn)率從35.90%降低至25.65%，氣體產(chǎn)率從27.10%降至17.98%。這是因?yàn)樵诤姹哼^程中稻殼脫除揮發(fā)分，導(dǎo)致液體產(chǎn)率降低，但液態(tài)的水分含量較低，產(chǎn)生的酚類濃度更高，同時(shí)固體產(chǎn)率增加。Huang等[45]對(duì)玉米秸稈進(jìn)行酸預(yù)處理后再微波熱解，結(jié)果表明：酸預(yù)處理使生物油產(chǎn)量增加約15%，同時(shí)使氣體產(chǎn)率降低約14%。酸預(yù)處理促進(jìn)半纖維素和纖維素的解聚和水解，從而提高生物油的產(chǎn)率[46]。大多數(shù)關(guān)于原料預(yù)處理的研究都集中在常規(guī)熱解，而微波熱解目前只有少量文獻(xiàn)報(bào)道。因此，將常規(guī)熱解中用于原料預(yù)處理的各種方法應(yīng)用在微波熱解生物質(zhì)中有助于生物質(zhì)微波熱解工藝的開發(fā)應(yīng)用。

2.4 催化劑

生物質(zhì)微波熱解過程中常用的催化劑有堿金屬、堿土金屬、焦炭、沸石分子篩和酸性催化劑等。上述催化劑由于含有極性分子，所以具有良好的微波吸收能力，并且還可以對(duì)生物質(zhì)熱解起到催化作用，表現(xiàn)為有效降低熱解溫度、影響氣液固產(chǎn)物比例及化學(xué)組成等。不同催化劑因其組成成分和性質(zhì)不同，對(duì)生物質(zhì)熱解的影響效果不同。Moen等[26]研究了催化劑對(duì)白楊顆粒微波熱解生物油產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：相比于金屬氧化物和硝酸鹽，以氯化物為催化劑得到的生物油產(chǎn)率最高(約為41%)，氯化物促進(jìn)糖轉(zhuǎn)化為糠醛，同時(shí)也能抑制大多數(shù)其他反應(yīng)。這可歸因于氯化物有利于纖維素分解脫水反應(yīng)，同時(shí)減少半纖維素分解。在某些情況下，催化劑可以降低生物油產(chǎn)量，同時(shí)有利于生產(chǎn)不可冷凝性氣體[47]。Wan等[48]研究了不同催化劑對(duì)玉米秸稈和白楊木生物油產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：醋酸鉀(KAc)、Al2O3、MgCl2、H3BO3和Na2HPO4催化劑通過抑制生物炭或氣體產(chǎn)出來促進(jìn)生物油生產(chǎn)。其中催化液體產(chǎn)率效果最佳催化劑為Na2HPO4(約為44%)。Mamaeva等[49]使用活性炭和褐煤炭催化微波熱解花生殼和松木屑來生產(chǎn)富含酚的生物油，結(jié)果表明：活性炭顯著提高了生物油中酚類化合物的選擇性，而褐煤炭對(duì)形成酚類化合物的選擇性較低。Mohamed等[50]研究了混合催化劑(K3PO4、膨潤(rùn)土和斜發(fā)沸石)對(duì)生物質(zhì)微波熱解影響，研究表明：混合催化劑不僅降低了生物油酸度、黏度和含水量，還提高了生物炭的比表面積和微波加熱速率。K3PO4雖具有良好的微波吸收性能，但抑制了半纖維素脫除揮發(fā)分，導(dǎo)致焦炭產(chǎn)量增加，而膨潤(rùn)土具有高導(dǎo)熱性，促進(jìn)半纖維素分解，但其吸波性能差，生物油產(chǎn)率降低，抑制左旋葡聚糖、呋喃、丙酮醇的形成。Chen等[51]報(bào)道添加催化劑NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、NaCl、TiO2、HZSM-5、H3PO4和Fe2(SO4)3均提高了松木微波熱解的固體產(chǎn)率，并減少了氣體產(chǎn)量，而對(duì)生物油產(chǎn)量沒有實(shí)質(zhì)性影響。Cheng等[12]指出一些離子液體可用作微波熱解生產(chǎn)生物油工藝中的催化劑和吸波劑，研究發(fā)現(xiàn)：通過在離子液體(溴化物1-乙基-3-甲基咪唑)介質(zhì)中進(jìn)行微波熱解，離子液體將充當(dāng)溶劑和吸波劑，可以降低熱解溫度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2.5 吸波劑

介電損耗角正切值(tanδ)是常用來表示材料吸收微波輻射能量整體效率的參數(shù)[52]。不同類型生物質(zhì)和吸波劑的tanδ值見表1。由表1可知，大多數(shù)生物質(zhì)吸波能力較弱，其介電損耗角正切值較小，顯示出較低的微波吸收，不能直接熱解，需要添加一定量的吸波劑，使生物質(zhì)能夠達(dá)到最佳熱解溫度。

表1 不同類型生物質(zhì)和吸波劑的介電損耗角正切值(2.45 GHz)Table 1 Dielectric loss tangent of various types of biomass and wave absorbers (2.45 GHz)

Martín等[59]比較了活性炭和生物炭作為吸波劑在木材生物質(zhì)熱解生物油生產(chǎn)中的作用，研究結(jié)果表明：與生物炭相比，活性炭的使用產(chǎn)生了更多的生物油。這可歸因于活性炭的高介電損耗角正切值[60]。然而，使用熱解副產(chǎn)物生物炭作為吸波劑具有經(jīng)濟(jì)效益，可以實(shí)現(xiàn)自給自足，降低成本。Borges等[19]發(fā)現(xiàn)以木屑和玉米秸稈為原料進(jìn)行微波熱解時(shí)，相比于不添加吸波劑，加入SiC有利于提高生物油產(chǎn)率，木屑和玉米秸稈的生物油產(chǎn)率分別高達(dá)65%和64%。與炭材料相比，金屬氧化物也可以作為良好的吸波劑，能有效吸收微波，提高加熱速率，同時(shí)影響微波熱解產(chǎn)物產(chǎn)率和品質(zhì)[53，61]。Li 等[62]以微藻為原料，研究了分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%CuO和MgO后，固體殘?jiān)蜕镉偷漠a(chǎn)率下降幅度最大，分別為14.35%和11.04%。復(fù)合微波吸波劑對(duì)微波熱解生物質(zhì)有積極影響。張新偉等[63]研究了復(fù)合吸波劑輔助生物質(zhì)裂解制取生物油的影響，結(jié)果表明：當(dāng) SiC和Fe3O4以質(zhì)量比8 ∶2混合、熱解溫度為650 ℃、加熱功率為600 W的條件下，得到的生物油收率高達(dá)46.8%，比單獨(dú)添加SiC提升1.4個(gè)百分點(diǎn)，比未添加吸波劑提升4.7個(gè)百分點(diǎn)，而且生物油中呋喃類、醚類、酮類含量顯著提升。適當(dāng)提高吸波劑和生物質(zhì)原料比例，可以使生物油產(chǎn)率最大化。Salema等[2]考察了生物質(zhì)與吸波劑質(zhì)量比分別為1 ∶0.25、1 ∶0.5 和1 ∶1條件下生物油的產(chǎn)率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量比為1 ∶0.5時(shí)，獲得最大生物油產(chǎn)率。這是因?yàn)樯倭课▌?dǎo)致升溫過程緩慢，溫度升不到熱解溫度，而過量的吸波劑又會(huì)導(dǎo)致非常高的熱量，促進(jìn)了不可冷凝性氣體的形成。Bu[64]研究表明在較高溫度下，生物質(zhì)本身就是一種很好的吸波劑，當(dāng)吸波劑與原料的比例從2 ∶1增加到4 ∶1時(shí)，生物油產(chǎn)率從26%提高到38%；隨著吸波劑與原料比例進(jìn)一步增加至4.68 ∶1，生物油產(chǎn)率降低至25%。過量吸波劑導(dǎo)致熱解終溫升高，從而促進(jìn)了不可冷凝氣體的形成。Wu等[20]使用水作為木材生物質(zhì)微波熱解吸波劑，使得熱解反應(yīng)能夠在低于200 ℃下開始，當(dāng)原料與吸波劑之比為10 ∶1時(shí)生物油產(chǎn)率為48%，且該方法能夠降低能耗，減少成本。然而只有在很好地理解水對(duì)生物油組合物的影響時(shí)，才建議使用水作為微波工藝的吸波劑。氯化物、金屬氧化物、硝酸鹽和一些離子液體也已用于催化微波熱解工藝，即可作為催化劑又可作為吸波劑[62]。然而，大多數(shù)吸波劑價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)可行性較低，所以尋找廉價(jià)吸波劑顯得十分重要。

2.6 熱解溫度與功率

微波熱解溫度對(duì)生物油產(chǎn)率和組分起決定性作用。根據(jù)不同熱解溫度、加熱時(shí)間和加熱速率，熱解過程可分為慢速熱解、常規(guī)熱解和閃速熱解這3種主要模式。慢速熱解是在較低的反應(yīng)溫度和較長(zhǎng)的加熱時(shí)間條件下進(jìn)行的熱解，主要產(chǎn)品是固體炭,大約占原料質(zhì)量的30%，占原料能量的50%。常規(guī)熱解是以不足 600 ℃的中等溫度和中等反應(yīng)速率(0.1～1 ℃/s)進(jìn)行的熱解，其氣體、液體和固體3種產(chǎn)品的比例大致相等。閃速熱解是在相對(duì)較高的溫度(500～800 ℃)下進(jìn)行的熱解，由于具有較高的加熱速率(1 000～10 000 ℃/s)和較短的氣固滯留期(一般小于1 s)，可用于生產(chǎn)液體產(chǎn)品。加熱速率越快越有利于生物油產(chǎn)出，較高的加熱速率容易形成生物油，而較低的加熱速率往往會(huì)促進(jìn)炭化反應(yīng)形成焦炭[65-66]。熱解過程通常在高于300 ℃下進(jìn)行，生物油最佳產(chǎn)率溫度取決于所用的生物質(zhì)原料和其他操作參數(shù)[53]，一般熱解過程溫度選擇450～550 ℃。300 ℃以下的溫度通常使生物質(zhì)原料去除水分，而不能使其發(fā)生熱解[67]。生物油產(chǎn)量隨著溫度的升高而升高，達(dá)到一定溫度之后，隨著溫度的進(jìn)一步升高，產(chǎn)率會(huì)下降。生物油產(chǎn)率的降低是因?yàn)榭衫淠龤怏w和焦油的二次分解反應(yīng)，形成不可冷凝的小分子，增加了不可冷凝氣體的產(chǎn)率。趙延兵等[68]研究發(fā)現(xiàn)隨著熱解溫度的上升，生物油產(chǎn)率呈上升趨勢(shì)，在650 ℃時(shí)達(dá)最高產(chǎn)率43.35%。通常，微波功率增加，使熱解速率和熱解溫度升高，從而提高生物油的產(chǎn)率[69-70]。Martín等[59]通過將微波功率從300 W增加到400 W，使林業(yè)殘留物熱解的生物油產(chǎn)率從45%提高到58%；而進(jìn)一步增加微波功率會(huì)導(dǎo)致生物油產(chǎn)率下降，這是因?yàn)闊峤鉁囟壬?，促使形成不可冷凝性氣體。相反，Huang等[71]觀察到微波功率對(duì)生物油產(chǎn)率沒有影響，但生物炭減少，不可冷凝氣體的產(chǎn)率增加?？梢?，微波功率的影響還取決于反應(yīng)條件和其他變量。

2.7 加熱時(shí)間

在大多數(shù)情況下，加熱時(shí)間太短，生物質(zhì)無法充分熱解，導(dǎo)致生物油產(chǎn)量降低。生物質(zhì)未充分熱解前，隨著加熱時(shí)間的增加，生物油產(chǎn)量會(huì)略有增加。Zhou等[10]研究發(fā)現(xiàn)柳枝稷在熱解溫度550 ℃時(shí)，加熱時(shí)間從8 min增加到18 min，液體產(chǎn)率增加了3.6%。Cheng等[12]觀察到對(duì)于微波催化熱解反應(yīng)，加熱時(shí)間必須保持盡可能短，因?yàn)檩^長(zhǎng)的加熱時(shí)間可能導(dǎo)致催化劑的熱分解。Bu等[72]對(duì)花旗松進(jìn)行微波熱解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加熱時(shí)間為1.27、 4、 8、 12和14.73 min條件下，其中12 min時(shí)液體產(chǎn)率最高，加熱時(shí)間對(duì)產(chǎn)物分布的影響效果不如反應(yīng)溫度和催化劑活性炭與生物質(zhì)花旗松的質(zhì)量比。

2.8 其他

微波熱解還受到其他因素的影響，如共同熱解、微波穿透深度、載氣的類型和流速等。Li等[73]研究發(fā)現(xiàn)相比于木屑與油砂的常規(guī)共熱解，微波共熱解的生物油產(chǎn)率降低了8.3%，氣體產(chǎn)率提高了10.9%。Mushtaq等[74]研究表明：在微波熱解過程中，傳熱速率和最終熱解溫度受吹掃氣體(N2)流速的影響很大，吹掃氣體流速較低時(shí)，生物質(zhì)物料層上部具有較高溫度，但隨著流速增加，會(huì)使生物質(zhì)物料層上部溫度下降。這表明吹掃氣體流速在微波熱解中對(duì)整體傳熱起重要作用，繼而影響產(chǎn)物產(chǎn)率。Huang等[71]對(duì)比研究了N2和CO2氣氛下玉米秸稈微波熱解性能發(fā)現(xiàn)，N2氣氛下的反應(yīng)性能優(yōu)于CO2。這是因?yàn)镃O2具有良好的吸熱能力從而降低熱解玉米秸稈的熱量。Motasemi等[75]提出微波熱解過程中產(chǎn)物產(chǎn)率可能受微波頻率、微波設(shè)備等參數(shù)的影響，通過研究攪拌器速度對(duì)微波熱解產(chǎn)物產(chǎn)率的影響發(fā)現(xiàn)：當(dāng)攪拌器速度從50 r/min增加到150 r/min時(shí)，生物油產(chǎn)率從28%降低到20%。這是因?yàn)閿嚢杵魉俣鹊脑黾哟偈剐纬刹豢衫淠臍怏w。Wang等[76]建議使用多模式微波熱解設(shè)備，從而為微波熱解過程提供節(jié)能效果。

3 存在的問題與展望

3.1相比于常規(guī)熱解，微波熱解具有很多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一定的問題，具體如下：1) 微波熱解的生物油產(chǎn)率(約27%)遠(yuǎn)低于流化床熱解產(chǎn)生的生物油產(chǎn)率(約70%)，這表明高生物油產(chǎn)率仍然是微波熱解的一大挑戰(zhàn)； 2) 微波反應(yīng)器中的電磁場(chǎng)不均勻，可能導(dǎo)致加熱不均勻，微波加熱過程中材料的特性變化可能影響其介電性能，從而導(dǎo)致過程控制和建模困難； 3) 微波熱解生產(chǎn)的生物油需要進(jìn)一步提質(zhì)和精煉，以提高其工業(yè)效益； 4) 微波熱解的成本仍然非常高，因?yàn)樵摷夹g(shù)仍處于起步階段，熱解產(chǎn)生的生物油在現(xiàn)有市場(chǎng)中尚未獲得認(rèn)可。

3.2生物質(zhì)微波熱解未來研究的方向主要有4個(gè)方向：1) 提高生物油產(chǎn)率與品質(zhì)研究。開發(fā)高效微波吸收劑，進(jìn)一步優(yōu)化熱解溫度、功率、催化劑、原料預(yù)處理、加熱時(shí)間、原料性質(zhì)和物料尺寸等因素，以獲得高產(chǎn)量高品質(zhì)的生物油。2) 微波反應(yīng)器開發(fā)。對(duì)于生物質(zhì)微波熱解的工業(yè)化應(yīng)用,需要專門設(shè)計(jì)大體積的微波反應(yīng)器，需要開發(fā)處理量更大、自動(dòng)化程度高、能耗低、工藝效率高、操作安全的微波轉(zhuǎn)化設(shè)備。3) 原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)建立。原料性質(zhì)的不同導(dǎo)致產(chǎn)物黏度、成分、熱值的不一致，使得從實(shí)驗(yàn)室研究到工業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn)變得困難。建立原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有助于在一定程度上避免這種不一致。標(biāo)準(zhǔn)可以確定原料的含水量、物料顆粒大小、灰分含量和熱值等指標(biāo)。當(dāng)熱解目標(biāo)是工業(yè)上重要的化學(xué)品(如左旋葡萄糖酮、糠醛)時(shí)，原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化更為重要。4) 生物質(zhì)微波熱解的經(jīng)濟(jì)性分析。設(shè)備占生物質(zhì)微波熱解總成本比例很大，需要研發(fā)經(jīng)濟(jì)型設(shè)備。產(chǎn)物價(jià)值較低，生物炭需要加工成高價(jià)值炭材料，生物油需要進(jìn)一步加工(乳化、提純等)，作為生產(chǎn)高價(jià)值生物燃料和高附加值化學(xué)品的原料。