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随着经济的快速发展,能源需求的增长与化石能源枯竭的矛盾日益严重,开发利用可再生的生物质能制氢,部分替代化石能源,对解决能源与环境问题具有重要意义。本文根据热解气和半焦的不同利用方式,建立了3个生物质分级气化制氢系统,系统1（Sys 1）:半焦气化与热解气燃烧,系统2（Sys 2）:半焦气化与热解气重整和系统3（Sys 3）:半焦燃烧与热解气重整。以麦秸和玉米秆为原料,利用Aspen Plus软件对3个系统进行建模和模拟;并基于（火用）分析理论与生命周期评价方法,建立了热力学（火用）分析模型和生命周期环境影响（火用）分析模型,对系统进行了热力性能、资源性能和环境影响的综合评价,并将生物质分级气化制氢与天然气重整制氢系统（NGS）进行了对比。研究获得以下主要结果。首先,热力学（火用）分析的结果表明:（1）系统的（火用）损失主要发生在热解和燃烧单元,且各反应单元和系统的（火用）损失都主要来自内部不可逆（火用）损。（2）无论是燃烧单元还是气化重整单元,以热解气为反应物的不可逆（火用）损都小于半焦;对于系统,用于气化重整的热解气越多,越有利于提高系统的热力性能。（3）Sys 2的重整过程添加CaO床料（Sys 2-Ca）可以提升系统性能,相比未添加时,氢产率YH2和（火用）效率ψ分别增加了0.5 mol/kg和1.3个百分点。麦秸分级气化制氢Sys 2-Ca和Sys 3的最佳工况均为TG=700℃,S/B=0.4,且二者的YH2和ψ基本相当,最大值分别可达到36 mol/kg-麦秸和59%;Sys 1在TG=700℃,S/B=0.5的工况下最优,YH2和ψ分别为34.9 mol/kg-麦秸和57.4%,热力性能低于其它两个系统;Sys 1和Sys 2的系统布置有利于焦油的转化,Sys 3考虑焦油的实际转化率低于90%时,Sys 2和Sys 1均表现出一定优势;玉米秆制氢Sys 2-Ca在TG=700℃,S/B=0.8的工况下最优,最佳工况下,麦秸制氢Sys 2-Ca的各项热力性能指标均优于玉米秆制氢(YH2=34.9 mol/kg-玉米秆,ψ=55.1%)。（4）天然气蒸汽重整制氢系统的热力性能(YH2=152.9 mol/kg-天然气,ψ=75.4%)显著优于生物质分级气化制氢系统,但其在转化为高能量密度的产品时,能量提质率η（40.2%）低于生物质制氢（45.0%49.7%）。其次,生命周期环境影响（火用）分析评价的结果表明:（1）麦秸制氢Sys 2-Ca和Sys 3的生命周期环境影响基本一致,资源利用率γ约为45%,可再生性Ir约为1.8,均为可再生系统,且系统的环境性较好（Ie约为10.5）,在不考虑焦油的实际转化率时,麦秸制氢Sys 3略优于Sys 2-Ca;玉米秆制氢Sys 2-Ca的γ（41.9%）低于麦秸制氢,但Ir（2.58）和Ie（16.9）优于麦秸制氢。（2）虽然天然气制氢的资源利用率γ（69.0%）高于生物质制氢,但其系统不可再生（Ir=0.69）,且其对生态环境只有负影响（Ie=-4.2）,环境性能明显劣于生物质制氢,不具备可持续性。（3）对麦秸制氢Sys 2-Ca生命周期的影响因素分析表明:全生命周期的资源累积（火用）消耗以可再生资源生物质为主（75.2%）,而不可再生资源的累积（火用）消耗较小;对环境影响最大的环境影响类型是GWP（35%）,其次为EP、POF和TP（大于15%）,HTP、SW和AP的占比较小,污染物排放带来的环境（火用）主要来自生物质生长阶段和生产阶段。基于敏感性分析与数据质量评估的分析表明:（1）麦秸制氢Sys 2-Ca的资源累积（火用）消耗和总环境影响对影响生产工艺的焦油转化率的敏感度最大,分别为47.6%和38.3%;对燃烧效率的敏感度也较大,分别为22.9%和24.4%;生物质生长过程中分配系数计算方法,以及油耗和电耗对结果都有一定影响;考虑CaO的循环特性对生命周期评价结果的影响较小。（2）生物质制氢不同系统的总环境影响类型的相对不确定度在6%之内;各系统总资源消耗的相对不确定度均在4.5%以下;系统综合指标的相对不确定度均在8.1%之内,说明评价结果的可靠性较高。