生物質(zhì)能應用技術的展望

1、生物質(zhì)能應用技術的展望我國生物質(zhì)的固化技術在八十年代中期開始，現(xiàn)已達到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。目前國內(nèi)有數(shù)十家工廠，用木屑為原料生產(chǎn)棒狀成型物木炭。螺旋擠壓成型機有單頭和雙頭二種，單頭機生產(chǎn)能力為120Kg/hr ，雙頭機生產(chǎn)能力達200Kg/hr 。 1990年中國林科院林化所與江蘇省東海糧機廠合作，研究開發(fā)生產(chǎn)了單頭和雙頭二種型號的棒狀成型機，1998 年又與江蘇正昌集團合作，共同開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機，機器生產(chǎn)能力為250300kg/hr ，生產(chǎn)的顆粒成型燃料尤其適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司，從美國引進適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，現(xiàn)已形成生產(chǎn)規(guī)模。生物發(fā)

2、酵制氣技術，在我國已經(jīng)形成工業(yè)化，技術亦趨成熟，利用的原料主要是動物糞便和高濃度的有機廢水。在上海亦已建成沼氣集中供氣系統(tǒng)。沈陽農(nóng)業(yè)大學從國外引進一套流化床快速熱解試驗裝置，研究開發(fā)液化油的技術，和利用發(fā)酵技術制取乙醇試驗。另外， 中國林科院林化所進行了生物質(zhì)催化氣化技術研究。華東理工大學還開展了生物質(zhì)酸水解制取乙醇的試驗研究，但尚未達到工業(yè)化生產(chǎn)。3、我國生物質(zhì)能應用技術的展望生物質(zhì)能是一個重要的能源，預計到下世紀，世界能源消費的40%來自生物質(zhì)能，我國農(nóng)村能源的70%是生物質(zhì)，我國有豐富的生物質(zhì)能資源，僅農(nóng)村秸桿每年總量達6 億多噸。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，環(huán)境保護意識的加強，

3、對生物質(zhì)能的合理、高效開發(fā)利用， 必然愈來愈受到人們的重視。因此， 科學地利用生物質(zhì)能，加強其應用技術的研究，具有十分重要的意義。目前， 我國已有一批長期從事生物質(zhì)轉換技術研究開發(fā)的科技人員，已經(jīng)初步形成具有中國特色的生物質(zhì)能研究開發(fā)體系，對生物質(zhì)轉化利用技術從理論上和實踐上進行了廣泛的研究，完成一批具有較高水平的研究成果，部分技術已形成產(chǎn)業(yè)化，為今后進一步研究開發(fā)，打下了良好的基礎。從國外生物質(zhì)能利用技術的研究開發(fā)現(xiàn)狀結合我國現(xiàn)有技術水平和實際情況來看，本人認為我國生物質(zhì)能應用技術將主要在以下幾方面發(fā)展。高效直接燃燒技術和設備我國有 12 億多人口，絕大多數(shù)居住在廣大的鄉(xiāng)村和小城鎮(zhèn)。其生活用

4、能的主要方式仍然是直接燃燒。剩余物秸桿、稻草松散型物料，是農(nóng)村居民的主要能源，開發(fā)研究高效的燃燒爐， 提高使用熱效率，仍將是應予解決的重要問題。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速興起，不僅帶動農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，而且加速化石能源，尤其是煤的消費，因此開發(fā)改造鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用煤設備（如鍋爐等） ， 用生物質(zhì)替代燃煤在今后的研究開發(fā)中應占有一席之地。把松散的農(nóng)林剩余物進行粉碎分級處理后，加工成型為定型的燃料，結合專用技術和設備的開發(fā)，在我國將會有較大的市場前景，家庭和曖房取曖用的顆粒成型燃料，推廣應用工作，將會是生物質(zhì)成型燃料的研究開發(fā)之熱點。集約化綜合開發(fā)利用生物質(zhì)能尤其是薪材不僅是很好的能源，而且可以用來制造出木炭、活性炭

5、、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建設，為工業(yè)化綜合開發(fā)利用木質(zhì)能源提供了豐富的原料。3.5 3.5 能源植物的開發(fā)3.5 3.5 能源植物的開發(fā)促進了農(nóng)村分散居民逐步向城鎮(zhèn)集中，為集中供氣，提高用能效率提供了現(xiàn)實的可能性。將來應根據(jù)集中居住人口的多少，建立能源工廠，把生物質(zhì)能進行化學轉換， 產(chǎn)生的氣體收集凈化后，輸送到居民家中作燃料，提高使用熱效率和居民生活水平。這種生物質(zhì)能的集約化綜合開發(fā)利用，既可以解決居民用能問題，又可通過工廠的化工產(chǎn)品生產(chǎn)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益，也為農(nóng)村剩余勞動力提供就業(yè)機會。因此， 從生態(tài)環(huán)境和能源利用角度出發(fā)，建立能源材基地，實施“林能 ”結合工程，是切實可行的

6、發(fā)展方向。農(nóng)村有著豐富的秸桿資源，大量秸桿被廢棄和田間直接燃燒，既造成大量的生物質(zhì)能的浪費， 也給大氣帶來了嚴重的污染。因此， 用可再生的生物質(zhì)能高效轉化在將來會有較好的發(fā)展前景。生物質(zhì)能的創(chuàng)新高效開發(fā)利用隨著科學技術的高速發(fā)展，生物質(zhì)能的發(fā)展將依賴創(chuàng)新技術來實現(xiàn)更大的發(fā)展。生物質(zhì)能新技術的研究開發(fā)如生物技術高效低成本轉化應用研究，常壓快速液化制取液化油，催化化學轉化技術的研究，以及生物質(zhì)能轉化設備如流化床技術等是研究熱點，一旦獲得突破性進展，將會大大促進生物質(zhì)能開發(fā)應用。城市生活垃圾的開發(fā)利用生活垃圾數(shù)量以每年8%10%的快速遞增，工業(yè)化開發(fā)利用垃圾來發(fā)電，焚燒集中供熱或氣化產(chǎn)生煤氣供居民使

7、用，有很大的發(fā)展?jié)摿?。大力發(fā)展能生產(chǎn)“綠色石油”的各類植物，如油棕櫚、木戟科植物等，為生物質(zhì)能利用提供豐富的優(yōu)質(zhì)資源。4、建議生物質(zhì)能應用技術的研究開發(fā)，在現(xiàn)階段主要是從生態(tài)環(huán)境、環(huán)境保護的角度出發(fā)，從中長期來看，將要彌補資源有限性的不足。因此，生物質(zhì)能源的開發(fā)利用，其社會效益遠遠大于經(jīng)濟效益。在目前發(fā)展階段，需要國家的政策扶持和財力支撐。應制訂相關政策，鼓勵和支持，企業(yè)投資生物質(zhì)能源開發(fā)項目。我國有豐富的生物質(zhì)資源，但我國的國情是人口眾多，人均資源相對偏少，因此，在生物質(zhì)的應用技術發(fā)展方向上，應結合我國分散的能源系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村不斷增長的能量需求，重點解決居民生活用能，減少對化石能

8、源尤其是煤炭的使用。在經(jīng)濟條件較發(fā)達的鄉(xiāng)村地區(qū)，大力推廣木煤氣氣化系統(tǒng)。在城市推廣顆粒成型燃料及專用取曖爐，取代煤爐取曖和小型鍋爐。加強基礎和應用研究。在生物質(zhì)能化學轉換中催化降解、直接和間接液化機理，高產(chǎn)生物能基因及其變異性規(guī)律，生物轉化微生物“雜交 ”等基礎理論和應用研究。國家在科研項目的安排方面，要注重給生物質(zhì)能應用研究的發(fā)展方面留有一定的空間。我國已發(fā)展薪炭林540 萬公頃， 年生長量約達1.8 億噸， 計劃到 2010 年， 薪炭林達到860萬公頃。同時，山區(qū)大量發(fā)展的經(jīng)濟林果殼。利用這些林業(yè)資源，建立能源工廠，將這些生物質(zhì)熱解處理，氣體作為民用煤氣，熱解的固體木炭進一步加工成活性炭

9、作為化工產(chǎn)品，創(chuàng)造經(jīng)濟效益。既解決部分農(nóng)村缺少能源的矛盾，又為農(nóng)村勞動力創(chuàng)造就業(yè)機會，促進山區(qū)農(nóng)村的發(fā)展。前期選擇合適的地區(qū)，建立生物質(zhì)綜合利用“林能結合”示范能源工廠系統(tǒng)，然后推廣應用。加強生物質(zhì)的國際交流合作，引進國外先進的生物質(zhì)應用技術和設備，加快我國生物質(zhì)開發(fā)應用的步伐，建立符合中國國情的生物質(zhì)能開發(fā)利用結構體系。各種利用方式的總體效率假設生物質(zhì)能源利用過程中CO2 的凈排放為零，而運輸和預處理過程由于使用礦物燃料而排放CO2 。所以，不同的利用方式，效率不同，預處理過程不同，得到同樣可用能而對減少 CO2 排放的作用就不同。1 直接燃燒我國是農(nóng)業(yè)大國，在農(nóng)村能源消費結構中，生物質(zhì)能約

10、占生活用能的70，占整個用能的 50 ， 但生物質(zhì)的利用仍以直接燃燒的柴灶為主，這種方式效率很低，只有 15 左右。生物質(zhì)工業(yè)鍋爐的設計效率雖然也能達到礦物燃料的水平，但實際運行中的效率卻并不理想。所以，應盡量推廣更先進的生物質(zhì)利用技術。3.3 3.3 生物轉化過程集成化和生物質(zhì)資源的綜合4 4 生物質(zhì) IGCC 技術2 氣化供氣、燃燒隨著人民生活水平的提高，許多城鎮(zhèn)和農(nóng)村開始使用煤氣。而利用石油裂解氣或優(yōu)質(zhì)煤作為生活煤氣或鍋爐燃料與煤混燒，可節(jié)約大量優(yōu)2 為生物質(zhì)氣化集中供氣示意圖。圖 2 生物質(zhì)氣化集中供氣示意圖下吸式氣化爐已成功地用于農(nóng)村供氣系統(tǒng)，利用當?shù)氐霓r(nóng)作物廢棄物，如玉米稈、麥桿、

11、氣化后的燃氣作為當?shù)鼐用裆钣脷?。氣體熱值5.2MJ m3， 氣化效率7050，系統(tǒng)效率約352。中科院廣州能源所研制的以O2 為氣化介質(zhì)，采用CFBG 技術的中熱值煤氣系統(tǒng)，產(chǎn)10 12MJ m3 之間， 氣化效率在70以上 3 ， 總體效率在40左右。循環(huán)流化床木粉氣化爐，以燃氣做鍋爐燃料，氣化熱效率約95，燃氣在鍋爐中的燃95以上，燃燒總效率為90左右。3 氣化發(fā)電（中小型）中小型氣化發(fā)電系統(tǒng)包括氣化、除塵、除焦、發(fā)電幾部分，如圖3 所示。按國內(nèi)目前2.5kW ）的有效熱效率為11.6；60 200kW 稻12；中等規(guī)模氣化發(fā)電系統(tǒng)（1MW），利用循環(huán)流化床技17 左右4。雖然氣化發(fā)電的

12、系統(tǒng)效率較低，但產(chǎn)生的是高品位的電3 1MW 生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)示意圖IGCC 即氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，適合于大規(guī)模處理農(nóng)業(yè)或森林生物質(zhì)，流程如圖4 所 示，該系統(tǒng)具有處理容量大，自動化程度高，系統(tǒng)效率高等優(yōu)點，較適合工業(yè)化生產(chǎn)。常壓的 IGCC 系統(tǒng)，系統(tǒng)效率可達35 45。4 生物質(zhì) IGCC 示意圖生物質(zhì)原料主要包括淀粉和木質(zhì)纖維素兩大類。對于木質(zhì)纖維素原料而言,其主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中纖維素和半纖維素降解后生成的己糖和戊糖,可被微生物利用,轉化成乙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等液體燃料和化工原料 ;也可作為有機酸如檸檬酸、乳酸的發(fā)酵原料。木質(zhì)素的單體為苯丙烷衍生物,可進一步轉化為其他化工產(chǎn)品。天然纖維素原料的生物轉化的化工產(chǎn)品如圖1 所示。利用生物質(zhì)轉化產(chǎn)品的過程中,一般需要許多個生產(chǎn)環(huán)節(jié),才能得到目的產(chǎn)品。生物轉化過程集成化技術就是要將反應或分離步驟中的不同方法集成在一個反應器或一個工藝步驟中,簡化工藝流程、提高生產(chǎn)效率14。目前 ,生物轉化過程集成化技術的主要研究內(nèi)容包括:1）同步糖化水解發(fā)酵的集成;2）構建有集成趨勢的新菌種;3）生物反應與分離過程的集成;4）生物反應與過程模型化和控制的集成