生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的展望

1、生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的展望我國(guó)生物質(zhì)的固化技術(shù)在八十年代中期開始，現(xiàn)已達(dá)到工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。目前國(guó)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(jī)有單頭和雙頭二種，單頭機(jī)生產(chǎn)能力為120Kg/hr ，雙頭機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)200Kg/hr 。 1990年中國(guó)林科院林化所與江蘇省東海糧機(jī)廠合作，研究開發(fā)生產(chǎn)了單頭和雙頭二種型號(hào)的棒狀成型機(jī)，1998 年又與江蘇正昌集團(tuán)合作，共同開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)，機(jī)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(guó)引進(jìn)適用于家庭使用的取暖爐，通過(guò)國(guó)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(shù)，在我國(guó)已經(jīng)形成工業(yè)化，技術(shù)亦趨成熟，利用的原料主要是動(dòng)物糞便和高濃度的有機(jī)廢水。在上海亦已建成沼氣集中供氣系統(tǒng)。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)從國(guó)外引進(jìn)一套流化床快速熱解試驗(yàn)裝置，研究開發(fā)液化油的技術(shù)，和利用發(fā)酵技術(shù)制取乙醇試驗(yàn)。另外， 中國(guó)林科院林化所進(jìn)行了生物質(zhì)催化氣化技術(shù)研究。華東理工大學(xué)還開展了生物質(zhì)酸水解制取乙醇的試驗(yàn)研究，但尚未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)。3、我國(guó)生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)的展望生物質(zhì)能是一個(gè)重要的能源，預(yù)計(jì)到下世紀(jì)，世界能源消費(fèi)的40%來(lái)自生物質(zhì)能，我國(guó)農(nóng)村能源的70%是生物質(zhì)，我國(guó)有豐富的生物質(zhì)能資源，僅農(nóng)村秸桿每年總量達(dá)6 億多噸。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，

3、對(duì)生物質(zhì)能的合理、高效開發(fā)利用， 必然愈來(lái)愈受到人們的重視。因此， 科學(xué)地利用生物質(zhì)能，加強(qiáng)其應(yīng)用技術(shù)的研究，具有十分重要的意義。目前， 我國(guó)已有一批長(zhǎng)期從事生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)研究開發(fā)的科技人員，已經(jīng)初步形成具有中國(guó)特色的生物質(zhì)能研究開發(fā)體系，對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)從理論上和實(shí)踐上進(jìn)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(shù)已形成產(chǎn)業(yè)化，為今后進(jìn)一步研究開發(fā)，打下了良好的基礎(chǔ)。從國(guó)外生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究開發(fā)現(xiàn)狀結(jié)合我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)水平和實(shí)際情況來(lái)看，本人認(rèn)為我國(guó)生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)將主要在以下幾方面發(fā)展。高效直接燃燒技術(shù)和設(shè)備我國(guó)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(yīng)予解決的重要問題。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速興起，不僅帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而且加速化石能源，尤其是煤的消費(fèi)，因此開發(fā)改造鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用煤設(shè)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(yīng)占有一席之地。把松散的農(nóng)林剩余物進(jìn)行粉碎分級(jí)處理后，加工成型為定型的燃料，結(jié)合專用技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)，在我國(guó)將會(huì)有較大的市場(chǎng)前景，家庭和曖房取曖用的顆粒成型燃料，推廣應(yīng)用工作，將會(huì)是生物質(zhì)成型燃料的研究開發(fā)之熱點(diǎn)。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(lái)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(shè)，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(jìn)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(shí)的可能性。將來(lái)應(yīng)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(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)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(guò)工廠的化工產(chǎn)品生產(chǎn)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益，也為農(nóng)村剩余勞動(dòng)力提供就業(yè)機(jī)會(huì)。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(shí)施“林能 ”結(jié)合工程，是切實(shí)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(fèi)， 也給大氣帶來(lái)了嚴(yán)重的污染。因此， 用可再生的生物質(zhì)能高效轉(zhuǎn)化在將來(lái)會(huì)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(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，生物質(zhì)能的發(fā)展將依賴創(chuàng)新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展。生物質(zhì)能新技術(shù)的研究開發(fā)如生物技術(shù)高效低成本轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究，常壓快速液化制取液化油，催化化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究，以及生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化設(shè)備如流化床技術(shù)等是研究熱點(diǎn)，一旦獲得突破性進(jìn)展，將會(huì)大大促進(jìn)生物質(zhì)能開發(fā)應(yīng)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(lái)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(yīng)用技術(shù)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(hù)的角度出發(fā)，從中長(zhǎng)期來(lái)看，將要彌補(bǔ)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(huì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。在目前發(fā)展階段，需要國(guó)家的政策扶持和財(cái)力支撐。應(yīng)制訂相關(guān)政策，鼓勵(lì)和支持，企業(yè)投資生物質(zhì)能源開發(fā)項(xiàng)目。我國(guó)有豐富的生物質(zhì)資源，但我國(guó)的國(guó)情是人口眾多，人均資源相對(duì)偏少，因此，在生物質(zhì)的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展方向上，應(yīng)結(jié)合我國(guó)分散的能源系統(tǒng)，以滿足農(nóng)村鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村不斷增長(zhǎng)的能量需求，重點(diǎn)解決居民生活用能，減少對(duì)化石能

8、源尤其是煤炭的使用。在經(jīng)濟(jì)條件較發(fā)達(dá)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(qiáng)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。在生物質(zhì)能化學(xué)轉(zhuǎn)換中催化降解、直接和間接液化機(jī)理，高產(chǎn)生物能基因及其變異性規(guī)律，生物轉(zhuǎn)化微生物“雜交 ”等基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究。國(guó)家在科研項(xiàng)目的安排方面，要注重給生物質(zhì)能應(yīng)用研究的發(fā)展方面留有一定的空間。我國(guó)已發(fā)展薪炭林540 萬(wàn)公頃， 年生長(zhǎng)量約達(dá)1.8 億噸， 計(jì)劃到 2010 年， 薪炭林達(dá)到860萬(wàn)公頃。同時(shí)，山區(qū)大量發(fā)展的經(jīng)濟(jì)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(jìn)一步加工成活性炭

9、作為化工產(chǎn)品，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。既解決部分農(nóng)村缺少能源的矛盾，又為農(nóng)村勞動(dòng)力創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)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(jié)合”示范能源工廠系統(tǒng)，然后推廣應(yīng)用。加強(qiáng)生物質(zhì)的國(guó)際交流合作，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備，加快我國(guó)生物質(zhì)開發(fā)應(yīng)用的步伐，建立符合中國(guó)國(guó)情的生物質(zhì)能開發(fā)利用結(jié)構(gòu)體系。各種利用方式的總體效率假設(shè)生物質(zhì)能源利用過(guò)程中CO2 的凈排放為零，而運(yùn)輸和預(yù)處理過(guò)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(yù)處理過(guò)程不同，得到同樣可用能而對(duì)減少 CO2 排放的作用就不同。1 直接燃燒我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，在農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，生物質(zhì)能約

10、占生活用能的70，占整個(gè)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(shè)計(jì)效率雖然也能達(dá)到礦物燃料的水平，但實(shí)際運(yùn)行中的效率卻并不理想。所以，應(yīng)盡量推廣更先進(jìn)的生物質(zhì)利用技術(shù)。3.3 3.3 生物轉(zhuǎn)化過(guò)程集成化和生物質(zhì)資源的綜合4 4 生物質(zhì) IGCC 技術(shù)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?jī)?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(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物廢棄物，如玉米稈、麥桿、

11、氣化后的燃?xì)庾鳛楫?dāng)?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O(shè)2 為氣化介質(zhì)，采用CFBG 技術(shù)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?xì)庾鲥仩t燃料，氣化熱效率約95，燃?xì)庠阱仩t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(guó)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(dòng)化程度高，系統(tǒng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，較適合工業(yè)化生產(chǎn)。常壓的 IGCC 系統(tǒng)，系統(tǒng)效率可達(dá)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(duì)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(zhuǎn)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(jī)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他化工產(chǎn)品。天然纖維素原料的生物轉(zhuǎn)化的化工產(chǎn)品如圖1 所示。利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的過(guò)程中,一般需要許多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),才能得到目的產(chǎn)品。生物轉(zhuǎn)化過(guò)程集成化技術(shù)就是要將反應(yīng)或分離步驟中的不同方法集成在一個(gè)反應(yīng)器或一個(gè)工藝步驟中,簡(jiǎn)化工藝流程、提高生產(chǎn)效率14。目前 ,生物轉(zhuǎn)化過(guò)程集成化技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容包括:1）同步糖化水解發(fā)酵的集成;2）構(gòu)建有集成趨勢(shì)的新菌種;3）生物反應(yīng)與分離過(guò)程的集成;4）生物反應(yīng)與過(guò)程模型化和控制的集成