第六節(jié)-生物質(zhì)能

生物質(zhì)資源植物的光合作用圖解生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能（biomassenergy），就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。生物質(zhì)能的定義與范疇生物質(zhì)包括：糖類（甘蔗、甜菜）；淀粉類（土豆、玉米）；纖維類（木材、農(nóng)作物秸桿、雜草）等。生物質(zhì)能的定義與范疇CO2人類需要的能生物質(zhì)的產(chǎn)生和利用循環(huán)H2O太陽能C6H12O6燃燒、分解、氣化。。。生物質(zhì)能直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊含的能量相當于全世界能源消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。生物質(zhì)能的種類林業(yè)資源農(nóng)業(yè)資源生活污水和工業(yè)有機廢水城市固體廢物畜禽糞便生物質(zhì)能的特點

可再生性低污染性廣泛分布性生物質(zhì)燃料總量十分豐富應用：沼氣、壓縮成型固體燃料、氣化生產(chǎn)燃氣、氣化發(fā)電、生產(chǎn)燃料酒精、熱裂解生產(chǎn)生物柴油等。薪材薪材來源于樹木生長過程中修剪的枝杈，木材加工的邊角余料，以及專門提供薪材的薪炭林。1979年全國合理提供薪材量8885萬噸，實際消耗量18100萬噸，薪材過樵1倍以上；1995年合理可提供森林能源14322.9萬噸，其中薪炭林可供薪材2000萬噸以上，全國農(nóng)村消耗21339萬噸，供需缺口約7000萬噸。薪材薪材的產(chǎn)源：森林

森林能源是森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，主要是薪材。薪材至今仍是許多發(fā)展中國家的重要能源。但由于柴薪的需求導致林地日減，應適當規(guī)劃與廣泛植林。生物質(zhì)能的利用據(jù)估計，每年地球上僅通過光合作用生成的生物質(zhì)總量就達1440～1800億噸(干重)，其能量約相當于20世紀90年代初全世界總能耗的3～8倍。但是尚未被人們合理利用，多半直接當薪柴使用，效率低，影響生態(tài)環(huán)境。

生物質(zhì)能利用：脂肪燃料快艇生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)能的利用主要有直接燃燒、熱化學轉(zhuǎn)換和生物化學轉(zhuǎn)換等3種途徑。生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當長的時間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式。生物質(zhì)的熱化學轉(zhuǎn)換是指在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學物質(zhì)的技術。生物質(zhì)的生物化學轉(zhuǎn)換包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀2006年底全國已經(jīng)建設農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料。

中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃氣。2006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺，村鎮(zhèn)級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2,000萬立方米

生物質(zhì)能的研究目前，生物質(zhì)能技術的研究與開發(fā)已成為世界重大熱門課題之一，受到世界各國政府與科學家的關注。許多國家都制定了相應的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃等，其中生物質(zhì)能源的開發(fā)利用占有相當?shù)谋戎亍?/p>

生物質(zhì)能對中國的意義中國80％人口生活在農(nóng)村，秸稈和薪柴等生物質(zhì)能是農(nóng)村的主要生活燃料，1998年農(nóng)村生活用能總量3.65億噸標煤，其中秸稈和薪柴為2.07億噸標煤，占56.7％。1991年至1998年，農(nóng)村能源消費總量從5.68億噸標準煤發(fā)展到6.72億噸標準煤，增加了18.3％，年均增長2.4%。而同期農(nóng)村使用液化石油氣和電炊的農(nóng)戶由1578萬戶發(fā)展到4937萬戶，增加了2倍多，年增長達17.7％，增長率是總量增長率的6倍多。生物質(zhì)能利用生物質(zhì)能利用生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化（油、氣）（高溫分解、氣化）生物化學轉(zhuǎn)化（沼氣、酒精）直接燃燒能源轉(zhuǎn)換過程直接燃燒生物質(zhì)能利用—直接燃燒熱效率低于20%lossloss生物質(zhì)能利用—直接燃燒炕：熱效率20-30%生物質(zhì)能利用—直接燃燒－發(fā)電秸稈直接燃燒發(fā)電垃圾直接燃燒發(fā)電生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電熱效率可達90%;生物質(zhì)能凈轉(zhuǎn)化效率～40％生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電每兩噸秸稈的熱值相當于一噸煤，平均含硫量只有3．8‰，遠遠低于煤1％的平均含硫量。

丹麥:已建立了130多家秸稈生物發(fā)電廠。秸稈發(fā)電等可再生能源占到全國能源消費量的24％以上。

1：1.4能源草秸稈河北晉州：兩臺秸稈直燃鍋爐（華光股份生產(chǎn)，2臺75t/h）。

江蘇如東：25MW生物質(zhì)發(fā)電項目。江蘇宿遷和句容：每個項目的裝機容量為2.4萬千瓦(完全采用我國自主研發(fā)設計和制造的秸稈直燃鍋爐技術）。

生物質(zhì)與煤混合燃燒效果最佳生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電截至2006年，我國已經(jīng)有100多個縣市已經(jīng)開始投建或簽訂秸稈發(fā)電項目生物質(zhì)能利用—直接燃燒—秸稈發(fā)電

2005年，我國首個秸稈與煤粉混燒發(fā)電項目在棗莊十里泉發(fā)電廠竣工投產(chǎn):引進了丹麥BWE公司的技術設備，對1臺14萬千瓦機組的鍋爐燃燒器進行了秸稈混燒技術改造。十里泉電廠生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電生活垃圾焚燒后，質(zhì)量只有焚燒前的10%，體積最多只有1/4。西方發(fā)達國家大都建有垃圾發(fā)電廠，美國在20世紀80年代興建了90座垃圾焚燒廠，90年代又建了近400座發(fā)電廠，垃圾焚燒率達40％；日本垃圾電站有131座。生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電垃圾電站生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電浦東御橋工業(yè)區(qū)：國內(nèi)第一座日處理千噸以上的大型現(xiàn)代化生活垃圾發(fā)電廠，每天可處理120－150萬城市居民產(chǎn)生的生活垃圾（約1000噸）。我國目前規(guī)模最大的垃圾焚燒廠——上海江橋生活垃圾焚燒廠，每天處理垃圾2000噸。截至2006年，我國已經(jīng)建成有100多個日處理量在200噸以上的焚燒裝置。目前全球有垃圾電站近1000座，預計未來三年內(nèi)，將超過3000座。生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電垃圾發(fā)電平均上網(wǎng)電價為０．５４元／千瓦時，發(fā)電成本為０．５元／千瓦時?；鹆Πl(fā)電成本僅為０．２元／千瓦時，水力發(fā)電的運營成本僅為０．０３／千瓦時－０．０５元／千瓦時。相比之下，垃圾發(fā)電成本是相當高的，沒有任何競爭優(yōu)勢。

生物質(zhì)能利用—直接燃燒—垃圾發(fā)電熱化學轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化氣化液化轉(zhuǎn)脂反應生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化-氣化生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用部分氧化法，使有機物轉(zhuǎn)化成可燃氣體的過程，產(chǎn)物為CO、H2、CH4等可燃性氣體。生物質(zhì)氣化供熱供氣發(fā)電用作鍋爐的燃料燃燒生產(chǎn)蒸汽帶動蒸汽輪機發(fā)電。這種方式對氣體要求不很嚴格，直接在鍋爐內(nèi)燃燒氣化氣。效率低。在燃氣輪機內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電。這種利用方式要求氣化壓力在10－30個大氣壓，有灰塵、雜質(zhì)等污染的問題。在內(nèi)燃機內(nèi)燃燒帶動發(fā)電機發(fā)電。這種方式應用廣泛，而且效率較高。但該種方式對氣體要求嚴格，氣化氣必須凈化及冷卻。生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化-氣化發(fā)電氣化發(fā)電的三種方式生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化-氣化發(fā)電我國當前情況下，如果生物質(zhì)收集范圍大于50km，氣化發(fā)電價格就會大于電網(wǎng)價格（約0·55元/度），而失掉經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢；小于50km，燃料不足。

氣化技術障礙燃氣除焦電機要求焦油含量：0.02-0.05g/m3；H2<15%而汽化后焦油含量：2-50g/m3農(nóng)村生物質(zhì)生態(tài)循環(huán)型利用系統(tǒng)交大生物質(zhì)能研究中心關鍵生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化熱解液化（不需催化劑，650～800℃,原料需干燥）生物油（70％）和氣體快速熱解生物油（80～85％）和焦炭慢速熱解高加熱速率（102-104K/s）產(chǎn)物停留時間（0.2-3s）

干餾：木炭生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化旋轉(zhuǎn)錐反應器oil生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化2.加壓液化（需催化劑,300～350℃，原料不需干燥）12-20MPa停留時間：30min加水油（含水）生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—液化尚處于研究階段生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油用熱化學法生產(chǎn):動物和植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，在酸或者堿性催化劑和高溫(230～250℃)下進行轉(zhuǎn)酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌干燥即得生物柴油。BiodieselVegetableOil脂肪酸乙醇甘油生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油1、僅需要對柴油機進行微小的改造甚至不需要改造。2、可以采用現(xiàn)有的柴油運輸、銷售網(wǎng)絡。3、從全生命周期來看不產(chǎn)生CO2排放。生物柴油替代柴油的優(yōu)勢生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油普通柴油價格（2006年11月數(shù)據(jù)）3500元／噸生物柴油價格（植物油3000元／噸）3750－4285元／噸生物柴油價格（植物油5000元／噸）6250－7140元／噸植物油成本高，占總成本的70％至80％現(xiàn)在：5000元/噸（植物油）

7000元/噸（柴油）生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油歐洲：生物柴油使用最多，份額已占到成品油市場的5%；原料主要為菜籽油。

原料來源美國：大豆油；已開始通過基因工程方法研究高油含量的植物。日本：工業(yè)廢油和廢煎炸油。

棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等生物質(zhì)能利用-熱化學轉(zhuǎn)化—生物柴油我國：地溝油是目前主要原料，麻風樹、黃連木等油料作物有望大面積種植。地溝油。。。麻風樹黃連木生物化學轉(zhuǎn)化發(fā)酵厭氧消化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵發(fā)酵催化酶糖發(fā)酵生物質(zhì)醇乙醇汽車生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵1、糖類：甘蔗、甜菜等糖類生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成乙醇相對容易，但原料成本高（60%價格）。2、淀粉類：淀粉類生物質(zhì)（玉米、高粱、木薯）需要先水解成糖類。3、木質(zhì)纖維類：木材、草等預處理更復雜，需要經(jīng)過幾種酸的水解才能變成糖。原料生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵陳化糧作為燃料乙醇生產(chǎn)原料木薯、紅薯、甘蔗、甜高粱等非口糧（小麥、稻谷）農(nóng)作物纖維質(zhì)：桔桿、農(nóng)林廢棄物、工業(yè)纖維廢渣

原料發(fā)展趨勢最新進展美國馬薩諸塞大學的化學工程師GeorgeHuber找到一種有效的方法，成功地讓柳枝稷、白楊樹等植物的木質(zhì)纖維素（即固態(tài)生物質(zhì)能）轉(zhuǎn)化為“綠色汽油”。

這是首次實現(xiàn)植物纖維素到汽油組分的直接轉(zhuǎn)變。

生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－發(fā)酵生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化生物質(zhì)細菌絕氧分解沼氣（60％甲烷，30～40％CO2）大棚沼氣發(fā)電機生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化原料1、人、畜排泄物生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化沼液、沼渣沼氣照明做飯沼氣燈提高棚溫增施氣肥豬蔬菜沼氣池糞便殘葉生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化2、垃圾原料垃圾填埋場經(jīng)過特殊設計，可增加沼氣產(chǎn)量，并且在填埋垃圾之前預先鋪設收集氣體的管道。生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化上海南匯老港垃圾填埋場（國內(nèi)最大的垃圾填埋場）的沼氣收集和預處理系統(tǒng)一期工程已建成，開始實驗性發(fā)電。生物質(zhì)能利用－生物化學轉(zhuǎn)化－厭氧消化東灘生態(tài)農(nóng)業(yè)可再生能源與氫能應用示范人畜糞便秸稈沼氣發(fā)電中溫煙氣供熱低溫煙氣余熱利用堆肥大棚沼氣站發(fā)電機科教基地秸稈氣化灰肥料氣化發(fā)電未來村莊能源系統(tǒng)展示館氫能觀光車分布式供能加氫站風光互補耦合制氫肥料土壤改良殺蟲劑沼液生物質(zhì)能展望生物質(zhì)能展望1、歐盟：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的7％（現(xiàn)在已經(jīng)達到2％）

。2、美國：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的4％，2020年達到5％（現(xiàn)在已經(jīng)達到3％）。3、澳大利亞：2010年生物質(zhì)能源達到總能源消耗的5％。4、巴西：生物質(zhì)能源已達到總能源消耗的1/3，近50％汽油被乙醇替代，2020年生物油柴油參和比達到20％。生物質(zhì)能展望－中國目前生物質(zhì)能源僅占0.5－1%。中國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》提出了到2020年中國可再生能源開發(fā)利用總量在能源供應結構中的比重達15%的目標，相當于6億噸標準煤（1/6)。2020年生物質(zhì)燃料替代1000萬噸石油。中國農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電20022002010年2020年垃圾填埋場沼氣發(fā)電20100大中型沼氣工程發(fā)電80300生物質(zhì)發(fā)電總計3002600（萬千瓦）生物質(zhì)能展望－中國生物質(zhì)固體成型燃料

2010年:示范點建設，全國年消費100萬噸

2020年:年消費量達到5000萬噸農(nóng)村戶用沼氣

2010年：110億立方米/年

2020年：180億立方米/年生物質(zhì)能展望－中國生物質(zhì)液體燃料

2020年：替代1000萬噸成品油燃料乙醇：

以甜高粱莖桿、甘蔗和木薯等為原料

2020年，年產(chǎn)1000萬噸生物柴油以麻瘋樹、油桐、黃連木、油菜籽等為原料餐飲