在当今世界，能源问题已成为人们关注的焦点。随着煤炭、石油等传统不可再生资源的日益枯竭，人类开始越来越多地将目光转向可再生能源，生物质能就是其中之一。生物质能作为一种清洁、可再生的能源，被广泛应用于多个领域，其中包括作为固体氧化物燃料电池（SOFC）的燃料。
固体氧化物燃料电池（SOFC）由于其高的电化学转换效率、燃料的适应性以及低污染排放等优点，被认为是未来能源系统中非常有前景的技术之一。SOFC可以利用包括氢气、天然气和生物质气体在内的多种气体作为燃料。其中，利用生物气作为燃料的SOFC，其化学反应过程的研究是当前能源领域的热点课题。
生物气是由生物质在厌氧条件下通过微生物分解产生的气体混合物，主要成分包括甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。在某些特定条件下，生物气还可以包含氢气（H2）和一氧化碳（CO）。生物气可以利用厌氧微生物分解、热解或气化等方式进行生产，其作为一种可再生能源，具有减少温室气体排放和废物利用的双重优势。
SOFC是一种高温运行的燃料电池，其工作温度通常在500到1000摄氏度之间。SOFC的工作原理是通过阳极和阴极的电化学反应，将燃料中的化学能直接转换为电能，同时产生水和二氧化碳作为主要副产品。SOFC具有燃料适应性好、系统效率高、运行温度高、污染排放低等特点。
在利用生物气作为SOFC燃料的过程中，生物气中的主要成分及微量成分（例如硫化氢H2S和氨气NH3）在燃料电池中的电极反应过程是研究的关键。生物气中的甲烷、氢气和一氧化碳在SOFC阳极反应中会释放电子，通过电解质传导到阴极，与氧气结合生成水和二氧化碳。然而，在实际应用中，生物气的不纯性，尤其是其中所含微量杂质对SOFC性能的影响不容忽视。例如，硫化氢是生物气中常见的一种杂质，其在阳极会发生电化学氧化反应，生成单质硫或硫酸盐，这些物质会毒化阳极材料，减少SOFC的使用寿命。而氨气则会在高温下分解并可能与电极材料发生反应，影响电池性能。
在生物气通入SOFC的过程中，积碳和硫毒害是影响电池性能的两个主要化学过程。积碳是由于生物气中的碳氢化合物在高温下发生热裂解反应而形成碳沉积，这会导致阳极材料的堵塞和电池性能的下降。为了解决这些问题，可以通过预处理生物气、改变阳极材料或结构等方法来消除积碳和硫毒害。例如，通过氧化气氛预处理生物气，可以减少硫化氢对电极的毒害作用；而通过改进阳极结构或材料组成，则可以提高其对积碳的抗性。
本文中提到的研究进展，不仅包含了对生物气在SOFC中化学反应的全面分析和总结，还针对如何克服积碳和硫毒害问题提出了多种解决方案。这些研究成果有助于提升生物气作为SOFC燃料的效率和实用性，对推动生物质能的高效利用具有重要意义。
文章的作者吴晓燕和田禹，分别来自哈尔滨工业大学市政环境工程学院、基础与交叉科学研究院理学中心和城市水资源与水环境国家重点实验室，他们在污水污泥资源化技术研究方面具有深入的研究，并致力于将研究成果应用于实际的污水处理与资源化技术中。通信联系人田禹教授，从事污水高效处理与回用技术研究，以及污水污泥安全处理与资源化技术，为本文的研究提供了重要的技术和理论支持。
