引言
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,仅次于煤炭、石油和天然气,居于世界能源消费总量的第4位,在整个能源系统中占有重要的地位。开发利用生物质能源对于调整我同的能源结构,保障能源安全,改变能源的生产和消费方式,促进社会、经济可持续发展和改善生态环境都具有十分重大的意义。
1 利用现状
1.1 我国的生物质能资源
我国生物质能资源丰富,种类多,分布广且产量大。理论生物质能资源约有50亿t左右,是我国目前总能耗的4倍左右。主要来源于以下几个方面:农业废弃物,如各类秸秆、稻壳、蔗渣等;林业废弃物,如废木材、枝桠材、木屑等;丁业废弃物,如造纸厂、家具厂、碾米厂、酿酒厂、糖厂和食品厂等的废料;生活垃圾,如城市生活垃圾;有机废水,如人畜粪便、城市污水、工业有机废水等废弃物;能源作物,如甘蔗、木薯、油菜、甜高粱等;能源植物,如速生林、芒草等。
1.2 我国生物质能利用技术现状
1.2.1 生物质发电技术
生物质发电技术集环保与可再生能源利用于一体,从战略需求出发,各国都加大投资力度进行开发利用。生物质发电技术主要包括:直接燃烧发电、与煤混燃发电、气化发电以及沼气/填埋气发电等。
大规模的生物质直燃发电技术效率较高,但要求生物质集中、数量巨大,因此大规模进行收集或运输,电站运行管理成本较高;小规模直燃发电技术则效率较低。生物质直燃发电技术在我国尚未形成系统性研究,许多问题亟待解决。目前国内在建的生物质直燃电厂主要依靠国外引进技术,关键设备基本是直接进口或在国内委托生产,既没有自主知识产权,设备价格也很高。
生物质气化发电技术是生物质通过热化学转化为气体燃料,将净化后的气体燃料直接送入锅炉、内燃发电机、燃气机的燃烧室中燃烧发电。它既能解决生物质难以燃用,而且分布分散的缺点,又可以充分发挥燃气发电设备紧凑而且污染少的优点。
沼气发电技术主要应用在禽畜厂沼气、工业废水处理沼气以及垃圾填埋场沼气。由于国产沼气发电机组主要是对柴油机进行简单的改装,对发动机的热工性能研究不深,产品质量不过关,发电机组热效率比国外同类技术低4%~8%。成熟的发电机组规模也只有500 kW。
1.2.2 生物质液化技术
生物质液化主要包括转化成燃料乙醇、生物柴油、合成燃料和生物质直接液化。
燃料乙醇技术是指利用酵母等乙醇发酵微生物,在无氧的环境下通过特定酶系分解代谢可发酵糖生成乙醇。但面对我国人多地少的实际,大规模推广应用粮食生产燃料乙醇显然存在着原料供应的瓶颈问题,长远来说,必须开发非粮作物的能源作物。因此,我国开展了非粮食能源作物一甜高粱培育等关键技术的研究与开发,但在纤维素废弃物制取乙醇燃料技术方面还存在技术尚不成熟,如预处理、纤维素酶和多糖发酵等关键性问题尚待解决。
生物柴油是指由甲醇等醇类物质与油脂中的主要成分甘油j酯发生酯交换反应,生成相应的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯即生物柴油。生物柴油的生产方法有酸碱法和酶法。其中,酸碱法技术已成熟,已大量使用,但污染较重;酶法技术未成熟,成本高。生物柴油作为一种优质的液体燃料,是我国生物质能产业的一个发展方向。
合成燃料是指采用热化学转化的方法将生物质先气化制成合成气,再经费托合成等工艺生产高品质的醇、醚及烃类燃料,以替代汽油、柴油等液体燃料。合成燃料由于投资大,成本高,系统集成还存在一定问题,国内外还未真正投入使用。但因其具有品质高,环保,易于在动力系统上直接使用等优点,是未来生物质利用的重要方向之一。
生物质直接液化是把生物质放在高压设备中,添加适宜的催化剂,在一定的工艺条件下反应,制成液化油作为汽车用燃料或进一步分离加工成化工产品,主要包括快速热解液化和加压液化呻J。目前,我国浙江大学、中国科学技术大学已建成多种快速热解示范装置,但尚未实现产业化,仍处在实验室研究阶段。
2. 发展前景
为了加快已有的技术的实现,应该大力支持生物质能产业的发展。同时,要坚持对相关方面的科研的投入。
2.1 资源开发和利用
从长远看,能源农业和能源林业是发展生物质能源的基础。能源植物通常包括速生薪炭林、能榨油或产油的植物、可供厌氧发酵用的藻类和其他植物等。许多能源作物是自然生长的,收集比较困难。以科学的方法培育高产、抗逆性强的能源植物,满足对生物质能源规模化发展的需要,是生物质能源发展和利用的根本保障。由于耕地问题,大规模、集约化生物质生产的重点地区应在、内蒙古、青海、黑龙江等地区。
2.2 商业化
少数生物质能利用技术已经比较成熟,具有一定的经济竞争力,初步实现了商业化、规模化应用,如沼气技术;一批生物质能利用技术已进入商业化早期发展阶段,如纤维素分解生产乙醇技术,低成本、高效水解酶技术,工业规模甜高粱生产乙醇的成套设备和工艺技术,高产、优质古油能源作物育种、育苗和大面积栽培技术,高产木质能源林的育种、育苗和大面积栽培技术,生物质发电锅炉,小型生物质发电成套设备,大型沼气工程成套设备,生物基化工产品。
参考文献
1 曹稳根,段红 我国生物质能资源及其利用技术现状-安徽农业科学 2008,36(14)
2 王久臣,戴林,田宜水,秦世平 农业工程学报 2007,23(9)
3 吴创之,周肇秋,阴秀丽,易维明 农业机械学报 2009,40(1)下载本文