生物質(zhì)能源基礎(chǔ)及技術(shù)

    生物質(zhì)能源技術(shù)就是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源并加以利用的技術(shù)，按照生物質(zhì)的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化方式可分為固體燃料生產(chǎn)技術(shù)、液體燃料生產(chǎn)技術(shù)、氣體燃料生產(chǎn)技術(shù)。固體生物燃料技術(shù)包括生物質(zhì)成型技術(shù)、生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)和生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)，是廣泛應(yīng)用且非常成熟的技術(shù)，生物質(zhì)常溫成型技術(shù)代表著固體生物質(zhì)燃料的發(fā)展趨勢(shì)；生物液體燃料可以替代石油作為運(yùn)輸燃料，不僅能解決能源安全問(wèn)題，還有利于減少溫室氣體排放，還可以作為基本有機(jī)化工原料，代表著生物能源的發(fā)展方向，液體生物燃料包括燃料乙醇、生物柴油、生物質(zhì)經(jīng)氣化或液化過(guò)程再竟化學(xué)合成得到的生物燃油BtL（Biomass to Liquid Fuel）；氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，工業(yè)化生產(chǎn)沼氣以及沼氣凈化后作為運(yùn)輸燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）是近期內(nèi)發(fā)展氣體生物燃料的現(xiàn)實(shí)可行技術(shù)。    　　1、固體生物質(zhì)燃料 　　生物質(zhì)成型燃料燃燒是把生物質(zhì)固化成型后采用略加改進(jìn)后的傳統(tǒng)燃煤設(shè)備燃用，該技術(shù)將低品味的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品味的易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸、能量密度高的生物質(zhì)顆粒（pellets）狀或狀（briquettes）燃料，熱利用效率顯著提高，能效可達(dá)45%（如瑞典的Kcraft熱電工廠），超過(guò)一般煤的能效。歐洲在生物質(zhì)成型燃料方面起步較早，900萬(wàn)人口的瑞典年顆粒燃料使用量為120萬(wàn)噸，瑞典20%集中供熱是生物質(zhì)顆粒燃料完成的；600萬(wàn)人口的丹麥年消費(fèi)成型燃料70萬(wàn)噸。瑞典還開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)與固體垃圾共成型燃燒技術(shù)，解決了垃圾燃燒有害氣體二惡英（dioxin）超標(biāo)問(wèn)題。     直接燃燒作為能源轉(zhuǎn)化形式是一項(xiàng)傳統(tǒng)的技術(shù)，具有低成本、低風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)越性，但效率相對(duì)較低，還會(huì)因燃燒不充分而污染環(huán)境。鍋爐燃燒采用現(xiàn)代化的鍋爐技術(shù)，適用于大規(guī)模利用生物質(zhì)；垃圾焚燒也采用鍋爐燃燒技術(shù)，但由于垃圾的品味低及腐蝕性強(qiáng)等原因，對(duì)技術(shù)水平和投資的要求高于鍋爐燃燒。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，生物質(zhì)直接燃燒的能效已顯著提高，直接燃燒的能效已達(dá)30%（如丹麥的Energy 2秸桿發(fā)電廠，瑞典的Umea Energy垃圾熱電廠）。美國(guó)生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電約占可再生能源發(fā)電量的70％，2004年美國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量為9799MW，發(fā)電370億Kwh。         　　1)生物質(zhì)固體燃料生產(chǎn)技術(shù)       目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的生物質(zhì)成型工藝流程如圖1-1所示。壓縮技術(shù)主要包括螺旋擠壓式成型技術(shù)、活塞沖壓成型技術(shù)和壓輥式成型技術(shù)，其中前兩種技術(shù)發(fā)展較快，技術(shù)比較成熟，應(yīng)用較廣。但一般的成型技術(shù)需要將生物質(zhì)加熱到80°C以上才能使其成型，所以能耗較高，增加了生物制成型燃料的成本。     現(xiàn)有的生物質(zhì)成型技術(shù)必須在加熱條件下進(jìn)行，常溫成型技術(shù)則打破了這一傳統(tǒng)概念。目前，中國(guó)（清華大學(xué)）和意大利（比薩大學(xué)）兩國(guó)分別開(kāi)發(fā)出生物質(zhì)常溫（<40°C）成型技術(shù)，使生物質(zhì)成型燃料的成本顯著降低，為生物質(zhì)成型燃料的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。生物質(zhì)材料的力傳導(dǎo)性極差，但通過(guò)縮短力傳導(dǎo)距離，給其一個(gè)剪切力，可使被木質(zhì)素包裹的纖維素分子團(tuán)錯(cuò)位、變形、延展，在較小的壓力下，可使其相鄰相嵌、重新組合而成型。利用這一理論制造的機(jī)械設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)自然含水率生物質(zhì)不用任何添加劑、粘結(jié)劑的常溫壓縮成型。常溫成型技術(shù)為生物質(zhì)低成本地高效利用打開(kāi)了方便之門(mén)，不僅可以生產(chǎn)高效固體清潔燃料，而且提高了生物質(zhì)的能量密度，方便運(yùn)輸，可以作為液體燃料和生物化工產(chǎn)品的生產(chǎn)原料。成型燃料還解決了直接燃燒能效低的問(wèn)題，使顆粒燃料可以在千家萬(wàn)戶作為炊事、取暖燃料，而以往的生物質(zhì)直燃技術(shù)只適用于大型鍋爐系統(tǒng)，小型直燃系統(tǒng)能效僅為10-15%，且因燃燒不完全造成環(huán)境污染。但是，在原料脫水預(yù)處理、提高單機(jī)生產(chǎn)能力方面尚需做大量的工作。 　　 　　瑞典的Stockholm Energy公司1970年代末首先將3座100MW燃油鍋爐改為使用生物質(zhì)顆粒燃料；Kraft熱電工廠在世界上首先開(kāi)發(fā)熱、電、顆粒燃料聯(lián)產(chǎn)技術(shù)并投入商業(yè)化生產(chǎn)，能效高達(dá)86%。瑞典的生物質(zhì)成型燃料已廣泛應(yīng)用于供熱和工業(yè)鍋爐，其中集中供熱的20%是由顆粒燃料提供。瑞典的人均燃料占有量為130kg，居世界第一位。 　　  　　2)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)     生物質(zhì)水分較高(有的高達(dá)60％左右)，熱值較低，燃燒過(guò)程還要考慮結(jié)渣和腐蝕問(wèn)題。芬蘭從1970年就開(kāi)始開(kāi)發(fā)流化床鍋爐技術(shù)，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，并成為生物質(zhì)燃燒供熱發(fā)電工藝的基本技術(shù)。這種技術(shù)大規(guī)模條件下效率較高，單位投資也較合理。但它要求生物質(zhì)集中，數(shù)量巨大。如果考慮生物質(zhì)大規(guī)模收集或運(yùn)輸，成本也較高，適于現(xiàn)代化大農(nóng)場(chǎng)或大型加工廠的廢物處理，對(duì)生物質(zhì)較分散的發(fā)展中國(guó)家可能不適合。  一般生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電的過(guò)程包括：生物質(zhì)與過(guò)量空氣在鍋爐中燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣和鍋爐的熱交換部件換熱，產(chǎn)生出的高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機(jī)中膨脹做功發(fā)出電能根據(jù)不同的技術(shù)路線，分為氣輪機(jī)、蒸氣機(jī)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等。意大利開(kāi)發(fā)了適合村鎮(zhèn)使用的小型生物質(zhì)發(fā)電（Village power plant）技術(shù)，燃燒秸桿或木屑生熱，鍋爐中的介質(zhì)是油而不是通常的水，再通過(guò)油加熱有機(jī)硅油產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)透平機(jī)發(fā)電，該系統(tǒng)熱能利用率比普通系統(tǒng)高5%以上，已在德國(guó)使用。     　　3)生物質(zhì)與煤混燒技術(shù)     現(xiàn)有電廠利用木材或農(nóng)作物的殘余物與煤的混合燃燒是比較現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，除了能夠提高農(nóng)林廢物利用率外，還可以降低燃煤電廠NOx的排放。從20世紀(jì)90年代起，丹麥、奧地利等歐洲國(guó)家開(kāi)始對(duì)生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。經(jīng)過(guò)多年的努力，已研制出用于木屑、秸稈、谷殼等發(fā)電的鍋爐。在美國(guó)，有300多家發(fā)電廠采用生物質(zhì)能與煤炭混合燃燒技術(shù)，裝機(jī)容量達(dá)6000ＭＷ。國(guó)內(nèi)已有多家鍋爐廠家生產(chǎn)生物質(zhì)和煤混燒的鏈條爐和流化床爐，分別在東南亞國(guó)家和我國(guó)廣東等省運(yùn)行。      　　2、液體生物燃料     1973年第一次石油危機(jī)后，人類就在尋找可以替代石油的燃料。而生物液體燃料正是理想的選擇-來(lái)源于可再生資源、溫室氣體凈排放幾乎為零、還可以替代石油生產(chǎn)人類所需的化學(xué)品。目前液體生物燃料主要被用于替代化石然油作為運(yùn)輸燃料，如替代汽油的燃料乙醇和替代石油基柴油的生物柴油。而生物柴油又分從植物油得到生物柴油，和通過(guò)氣化或液化得到的BtL。BtL技術(shù)被認(rèn)為是最有前途的生物液體燃料技術(shù)。歐盟委員會(huì)積極推進(jìn)生物燃料發(fā)展，制定了到2010年生物燃料占運(yùn)輸燃料5%的目標(biāo)；美國(guó)正在運(yùn)籌通過(guò)法律手段強(qiáng)制在運(yùn)輸燃料中添加生物燃料，具體比例是柴油中添加2%生物柴油，汽油中添加5%燃料乙醇；英國(guó)政府計(jì)劃從2006年起要求生產(chǎn)運(yùn)輸燃油的能源企業(yè)必須有3%的原料是來(lái)自可再生資源，并且比例將逐年提高。      　　1) 燃料乙醇     從1970年代起，巴西首先開(kāi)始用燃料乙醇部分替代汽油，已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是唯一不使用純汽油燃料的國(guó)家。美國(guó)在20世紀(jì)70年代末，制定了“乙醇發(fā)展計(jì)劃”，開(kāi)始大力推廣車用乙醇汽油，2004年美國(guó)的燃料乙醇產(chǎn)量達(dá)到35億加侖，還進(jìn)口了1.3億加侖；到2005年全國(guó)已有500萬(wàn)輛以燃料乙醇為燃料的靈活燃料汽車（Flexible Fuel Vehicles，VFFs）。目前，中國(guó)的燃料乙醇產(chǎn)量?jī)H次于巴西、美國(guó)，居世界第3位，為102萬(wàn)噸/年。2004年世界乙醇產(chǎn)量已達(dá)到2760萬(wàn)噸，大部分作為燃料乙醇使用。燃料乙醇是目前最現(xiàn)實(shí)可行的替代石油燃料，進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)各國(guó)都積極發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。在美國(guó)2005年8月頒布的《能源法案》中宣布，美國(guó)計(jì)劃到2012年生產(chǎn)2200萬(wàn)噸燃料乙醇，到2025年以減少?gòu)闹袞|地區(qū)進(jìn)口石油的75%。a. 現(xiàn)有的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)      　　現(xiàn)有的燃料乙醇主要以糧食基淀粉為原料，如2004年美國(guó)用玉米生產(chǎn)1000萬(wàn)噸乙醇，歐洲用小麥生產(chǎn)160萬(wàn)噸乙醇；僅巴西以甘蔗為原料，年生產(chǎn)乙醇約1200萬(wàn)噸。我國(guó)2005年燃料乙醇產(chǎn)量102萬(wàn)噸，主要以玉米為原料。乙醇的生產(chǎn)基本上都是通過(guò)微生物對(duì)葡萄糖的發(fā)酵得到乙醇。乙醇的生產(chǎn)原料多種多樣，主要是玉米、小麥等淀粉質(zhì)原料，還有諸如甘蔗、糖蜜、甜菜等糖質(zhì)原料，亦有木質(zhì)纖維素類植物生物質(zhì)原料等。無(wú)論采用何種原料，其乙醇生產(chǎn)工藝大同小異。 在乙醇生產(chǎn)中，為了加速蒸煮、糖化、發(fā)酵的反應(yīng)速度，需要對(duì)固體原料粉碎，通常分為干法和濕法兩種。在以玉米為原料的濕法生產(chǎn)工藝中，玉米油、蛋白飼料和玉米谷盶粉這些副產(chǎn)品的收入占玉米自身費(fèi)用的60％或者更多；與此相對(duì)照，干法生產(chǎn)過(guò)程中得到的副產(chǎn)品收入在同等條件下通常占玉米費(fèi)用的45％。美國(guó)主要采用濕法工藝生產(chǎn)。但濕法工藝中存在大量的污水處理問(wèn)題，我國(guó)豐原集團(tuán)公司開(kāi)發(fā)了“半干法”玉米處理技術(shù)，不僅提高了玉米利用率，還顯著減少了廢水量，解決了濕法處理玉米工藝中的污水處理問(wèn)題。 　　 　　b.燃料乙醇技術(shù)的開(kāi)發(fā)前景     目前乙醇的生產(chǎn)成本較高，如何降低乙醇成本并使之能與石油基燃料產(chǎn)品在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)是世界性的難題，其中原料成本占產(chǎn)品總成本的70%左右，能耗也是構(gòu)成成本的重要因素。這兩個(gè)影響乙醇成本的關(guān)鍵因素，已成為各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。一些技術(shù)即將應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，包括：非糧食原料生產(chǎn)乙醇技術(shù), 乙醇生產(chǎn)節(jié)能技術(shù), 纖維素乙醇生產(chǎn)技術(shù)等。      　　纖維素乙醇的研究已有幾十年歷史，最早的技術(shù)是濃酸水解法。目前國(guó)際上生產(chǎn)纖維素乙醇主要采用稀酸水解和酶水解技術(shù)。最理想的是一體化乙醇生產(chǎn)技術(shù)CPB（Consolidate Bioprocessing），即同一微生物完成產(chǎn)纖維素酶、纖維素水解、乙醇發(fā)酵過(guò)程，但乙醇產(chǎn)率不高，產(chǎn)生有機(jī)酸等副產(chǎn)物，尚需大量的基礎(chǔ)研究。      　　2)生物柴油     生物柴油是燃料乙醇以外的另一種液體生物燃料，從動(dòng)植物油脂生產(chǎn)的一種長(zhǎng)鏈脂肪酸的單烷基酯，在工業(yè)應(yīng)用上主要指脂肪酸甲酯。天然油脂多由直鏈脂肪酸的甘油三酯組成，與甲醇酯交換后，分子量降至與柴油的接近，從而使其具有更接近于柴油的性能，十六烷值高，潤(rùn)滑性能好，是一種優(yōu)質(zhì)清潔柴油。同時(shí)這些長(zhǎng)鏈脂肪酸單烷基酯可生物降解，高閃點(diǎn)，無(wú)毒，VOC低，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能和溶解性，所以也是制造可生物降解高附加值精細(xì)化工產(chǎn)品的原料。生物柴油在歐盟已大量使用，2004年歐盟的生物柴油產(chǎn)量為224萬(wàn)噸，僅德國(guó)就已有1800個(gè)加油站供應(yīng)生物柴油，并已頒布了德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（EDIN51606）。美國(guó)試圖通過(guò)立法，在全國(guó)的柴油中添加2%的生物柴油。馬來(lái)西亞大力推進(jìn)以棕櫚油為原料生產(chǎn)的生物柴油，生產(chǎn)潛力達(dá)2000萬(wàn)噸/年；印度正積極開(kāi)發(fā)麻風(fēng)果生物柴油，將在5-10年內(nèi)達(dá)到1000萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)能力，英國(guó)石油BP已介入印度的麻風(fēng)果生物柴油產(chǎn)業(yè)。 　　a.國(guó)外生物柴油生產(chǎn)技術(shù)     生物柴油生產(chǎn)是由甘油三酸酯與甲醇通過(guò)酯交換制備生物柴油，甘油為副產(chǎn)品。歐洲主要以菜子油為原料生產(chǎn)生物柴油，美國(guó)則以大豆油為原料生產(chǎn)。一般小的生物柴油廠采用間歇酯交換反應(yīng)，而大型企業(yè)都采用連續(xù)酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油。      　　德國(guó)魯奇（Lurgi）公司的采用的是兩級(jí)連續(xù)醇解工藝油脂轉(zhuǎn)化率達(dá)96％，過(guò)量的甲醇可以回收繼續(xù)作為原料進(jìn)行反應(yīng)。德國(guó)斯科特公司（Sket）采用的是連續(xù)脫甘油醇解工藝可以使醇解反應(yīng)的平衡不斷向右移動(dòng)，從而獲得極高的轉(zhuǎn)化率。魯奇的兩級(jí)連續(xù)醇解工藝和斯科特的連續(xù)脫甘油醇解工藝在歐洲和美國(guó)均有10萬(wàn)噸/年級(jí)的工業(yè)化生產(chǎn)裝置。這兩種工藝都在常壓下進(jìn)行，均加工精煉油脂。其優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，可間歇或連續(xù)操作，反應(yīng)條件溫和，適合于優(yōu)質(zhì)原料；缺點(diǎn)是原料需精制，控制酸值小于0.5，工藝流程復(fù)雜，甘油回收能耗高，三廢排放多，腐蝕嚴(yán)重。德國(guó)漢高（Henkel）公司開(kāi)發(fā)了堿催化的連續(xù)高壓醇解工藝。該工藝的醇解溫度220-240℃，壓力9-10MPa，原料中甘油三酸酯的轉(zhuǎn)化率接近100%，游離脂肪酸大部分可以與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)而生成脂肪酸甲酯。此工藝的優(yōu)點(diǎn)是可使用高酸值原料，催化劑用量少，工藝流程短，適合規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)；缺點(diǎn)是反應(yīng)條件苛刻，對(duì)反應(yīng)器要求高，甘油回收能耗較高。      　　b.國(guó)內(nèi)生物柴油生產(chǎn)技術(shù)  國(guó)內(nèi)主要以高酸值的廢棄油脂為原料，大多采用硫酸、有機(jī)磺酸等液體酸催化劑進(jìn)行酸催化的酯化－酯交換制備生物柴油。中石化開(kāi)發(fā)了基于超臨界的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)，即將工業(yè)化。      　　另外，國(guó)內(nèi)外還在研究:     a.BtL生產(chǎn)生物柴油的術(shù)：植物油如同石油一樣資源，每年的產(chǎn)量是有限的，以其為原料生產(chǎn)生物柴油不能滿足大規(guī)模使用生物柴油的需要和經(jīng)濟(jì)性；其次，除低芥酸、低硫甙的“雙低”菜子油外，其他原料油生產(chǎn)的生物柴油只能以2-20%比例與石油基柴油混合，不能100%地使用。因此必須開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，利用具有巨大資源潛力的生物質(zhì)和有機(jī)廢棄物（包括農(nóng)業(yè)殘余物、動(dòng)物內(nèi)臟、城市固體廢物、污水、以及舊輪胎等）把其轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的清潔燃油、化肥和化工產(chǎn)品，即BtL技術(shù)。應(yīng)用化學(xué)法從生物質(zhì)中生產(chǎn)生物柴油包括生物質(zhì)氣化再經(jīng)FT（Fischer-Tropsch，F(xiàn)T）合成生物柴油和DTP（Thermal Depolymerization，TDP）熱分解生產(chǎn)生物柴油技術(shù)。      　　b.TDP生產(chǎn)生物柴油技術(shù): DTP技術(shù)是將生物質(zhì)通過(guò)快速熱解生產(chǎn)液體燃料的技術(shù)，利用該技術(shù)可以將生物質(zhì)變?yōu)榍鍧嵢剂?生物柴油，作為石油產(chǎn)品的替代品。自1980年以來(lái)，DTP技術(shù)取得了很大進(jìn)展，成為最有開(kāi)發(fā)潛力的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)之一。國(guó)際能源署（IEA）組織了美國(guó)、加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國(guó)等國(guó)的十余個(gè)研究小組包括Batelle、麻省理工學(xué)院等國(guó)家著名大學(xué)及實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了10余年的研究及開(kāi)發(fā)工作，工作的重點(diǎn)圍繞該技術(shù)發(fā)展?jié)摿?、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性等。到1995年初，在加拿大、美國(guó)、意大利及芬蘭等國(guó)已有20余套生物質(zhì)快速裂解試驗(yàn)裝置，規(guī)模從每小時(shí)幾十到幾百千克的生物質(zhì)的處理量。TDP技術(shù)一般包括預(yù)處理、熱解、分離和收集三個(gè)過(guò)程。      　　我國(guó)在生物質(zhì)熱裂解制取液體燃料的研究基本上都處于試驗(yàn)研究階段。沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)在UNDP的資助下，從荷蘭的BTG引進(jìn)一套50kg/h旋轉(zhuǎn)錐閃速熱裂解裝置并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)研究；上海理工大學(xué)也利用旋轉(zhuǎn)錐閃速熱裂解裝置對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行了熱解試驗(yàn)研究；浙江大學(xué)在上世紀(jì)末成功開(kāi)發(fā)了以流化床技術(shù)為基礎(chǔ)的生物質(zhì)熱裂解液化反應(yīng)器；山東工程學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所和中國(guó)科學(xué)院過(guò)程研究所也在進(jìn)行相關(guān)的生物質(zhì)熱裂解液化研究。      　　TDP技術(shù)的關(guān)鍵過(guò)程是熱解，該過(guò)程必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度及原料的滯留時(shí)間，以確保在極快的加熱和熱傳導(dǎo)速率下原料能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊峤庹羝?duì)于熱解過(guò)程產(chǎn)生的熱解蒸汽必須快速、徹底的進(jìn)行分離，以避免炭和灰份在熱解蒸汽的二次裂解中起催化作用。美國(guó)已經(jīng)在Philadelphia（費(fèi)城）建立了一個(gè)采用TDP技術(shù)利用有機(jī)廢棄物生產(chǎn)生物柴油的中試廠，最近又在密蘇里州（Missouri）的Carthage投資2000萬(wàn)美圓建設(shè)了一座采用TDP技術(shù)日處理200噸火雞加工廢棄物產(chǎn)274桶柴油的工廠。但由于液體產(chǎn)物收率低、成分復(fù)雜，加之成本較高等原因使該技術(shù)在推廣上尚有難度。      　　3. 氣體生物燃料     氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)，以及沼氣凈化后作為運(yùn)輸燃料GtL（Gas to Liquid Fuel）。      　　1)沼氣與GtL     沼氣是指有機(jī)物質(zhì)（如作物秸桿、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥及城市生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水等）在厭氧條件下，通過(guò)種類繁多、數(shù)量巨大、功能不同的各類微生物的分解代謝，最終產(chǎn)生的以甲烷（CH4）為主要成分的氣體，此外還有少量其它氣體，如水蒸氣、硫化氫、一氧化碳、氮?dú)獾取?a href="http://www.msthinker.com/news/article-292.html" target="_blank">沼氣發(fā)酵過(guò)程一般可分為三個(gè)階段，即水解液化階段、酸化階段和產(chǎn)甲烷階段。沼氣發(fā)酵包括小型用戶沼氣池技術(shù)和大中型厭氧消化技術(shù)。      　　瑞典在沼氣開(kāi)發(fā)與利用方面獨(dú)具特色，利用動(dòng)物加工副產(chǎn)品、動(dòng)物糞便、食物廢棄物生產(chǎn)沼氣，還專門(mén)培育了用于產(chǎn)沼氣的麥類植物，產(chǎn)氣率達(dá)300升/公斤底物，沼氣中含甲烷64%以上。瑞典由麥類植物生產(chǎn)沼氣，麥類植物用于生產(chǎn)沼氣，除沼氣被用做運(yùn)輸燃料外，所產(chǎn)生的沼肥又被用于種植。瑞典Lund大學(xué)開(kāi)發(fā)了“二步法”秸桿類生物質(zhì)制沼氣技術(shù)，并已進(jìn)行中間試驗(yàn)；還開(kāi)發(fā)了低溫高產(chǎn)沼氣技術(shù)，可于10°C條件下產(chǎn)氣，產(chǎn)氣率大于200L/Kg 底物。因瑞典沒(méi)有天然氣資源，就用沼氣替代天然氣。斯德哥爾摩市居民使用的煤氣就是厭氧消化處理有機(jī)廢棄物后得到的沼氣。將沼氣凈化去除CO2等雜質(zhì)后，甲烷純度達(dá)到97-98%，再經(jīng)壓縮（Gas to Liquid， GtL）得到車用甲烷供甲烷汽車使用，還有1列斯德哥爾摩至海濱的火車使用沼氣燃料。 目前，全球有410萬(wàn)輛壓縮天然氣汽車，8300座加油（氣）站。同時(shí)沼氣正在悄悄取代天然氣而成為運(yùn)輸燃料，到2005年底，瑞典全國(guó)有5000多輛沼氣汽車，加油（氣）站逐年成倍增加，已達(dá)70余座。2008年奧運(yùn)會(huì)是我國(guó)發(fā)展GtL產(chǎn)業(yè)的良好機(jī)遇，把有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化成清潔燃料技術(shù)成熟、基礎(chǔ)設(shè)施具備、市場(chǎng)需求巨大，可以使“綠色奧運(yùn)”的口號(hào)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。        　　2)生物質(zhì)氣化技術(shù)       生物質(zhì)氣化技術(shù)已有一百多年的歷史。1883年誕生了最早的氣化反應(yīng)器，它以木炭為原料，氣化后的燃?xì)怛?qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)，推動(dòng)早期的汽車和農(nóng)業(yè)排灌機(jī)械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家自70年代以來(lái)相繼開(kāi)展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究，達(dá)到了較高的水平。近期的研究主要集中于將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高氫燃?xì)?、裂解油等高品質(zhì)燃料，并結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)，斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池等轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換為電能，為21世紀(jì)的電力供應(yīng)作技術(shù)儲(chǔ)備。     我國(guó)對(duì)農(nóng)林業(yè)廢棄物等生物質(zhì)資源的氣化技術(shù)的深入研究是在七十年代末、八十年代初才廣泛開(kāi)展起來(lái)的。其中具有代表性技術(shù)有中科院廣州能源所開(kāi)發(fā)的上吸式生物質(zhì)氣化爐和循環(huán)流化床氣化爐、中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院研制的ND系列生物質(zhì)氣化爐、山東省能源研究所研制的XFL系列秸桿氣化爐、大連環(huán)境科學(xué)院開(kāi)發(fā)的木柴干餾工藝以及商業(yè)部紅巖機(jī)械廠開(kāi)發(fā)的稻殼氣化發(fā)電技術(shù)等。目前已建立了500多座秸桿氣化站，為農(nóng)民提供燃?xì)猓?60kW稻殼氣化發(fā)電系統(tǒng)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，該氣化發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)氣量約為785Nm3/h。      　　生物質(zhì)氣化過(guò)程簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求不高，但是能量轉(zhuǎn)化率低（所產(chǎn)生氣體的能量一般為生物質(zhì)所含能量的60-70%左右，最高為75%）、燃?xì)鉄嶂档停▋H為4-6MJ/Nm3）、焦油含量高且燃?xì)獗唤褂秃皖w粒污染，亦缺乏有效的凈化技術(shù)、不能靈活使用熱值不同的多樣化生物質(zhì)原料，并且氣化過(guò)程還需要能量。所以隨著生物質(zhì)（或成型）直燃技術(shù)的提高，國(guó)外主要采用生物質(zhì)直接燃燒供熱/發(fā)電或成型后燃燒供熱/發(fā)電，如丹麥建了130家秸桿直燃發(fā)電廠，瑞典直接燃燒生物質(zhì)發(fā)電量已接近國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的20%。國(guó)際上在生物質(zhì)氣化方面的發(fā)展趨勢(shì)則是在氣化得到合成氣（syngas）的基礎(chǔ)上，再經(jīng)FT（Fischer-Tropsch）合成得到生物柴油或化工產(chǎn)品，僅利用FT合成過(guò)程的廢氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙桨l(fā)電，而不是專門(mén)把氣化氣用于發(fā)電。     　　3)生物質(zhì)制氫     氫氣是一種可再生、高熱值的清潔能源，在燃燒時(shí)只產(chǎn)生水作為產(chǎn)物，而不產(chǎn)生氮氧化物、硫化物和顆粒等大氣污染物或二氧化碳等溫室氣體。近年來(lái)隨著氫氣貯存技術(shù)（如氫化物合金）和燃料電池技術(shù)的迅速發(fā)展，氫氣的制取和利用日益受到重視，被認(rèn)為是一種最有潛力的替代能源。美國(guó)總統(tǒng)布什在2005年的新年演說(shuō)中專門(mén)提到發(fā)展氫燃料汽車。目前，世界上幾乎所有大的汽車制造商都研制推出了以氫為動(dòng)力的汽車。      　　通常的制氫方法如水電解法、水煤氣轉(zhuǎn)化法、甲烷裂解法都需大量的能耗，而生物法制氫相對(duì)成本低廉，克服了其他制氫方法高能耗的弊端，還能以污染物為原料進(jìn)行生產(chǎn)，去除污染。世界各國(guó)都對(duì)生物制氫研究有較大的投入，日本通產(chǎn)省和科技廳于1995年開(kāi)始了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)28年的生物產(chǎn)氫計(jì)劃；美國(guó)能源部于1997年開(kāi)始資助微生物產(chǎn)氫的研究工作；歐洲共同體委員會(huì)和國(guó)際能源組織也分別于1999和1996年提出了生物產(chǎn)氫的大規(guī)模研究計(jì)劃。這些研究基本上都集中在利用光合細(xì)菌制取氫氣，與光合細(xì)菌相比，厭氧發(fā)酵細(xì)菌將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氫氣、二氧化碳和有機(jī)酸，由于不需要光源和生長(zhǎng)條件要求簡(jiǎn)單而使成本更低，但存在著產(chǎn)氫效率低、可控性差的缺點(diǎn)。國(guó)外對(duì)利用厭氧發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫主要集中在純種產(chǎn)氫細(xì)菌的固定化技術(shù)、純種產(chǎn)氫細(xì)菌及包埋劑的選擇，可是由于制氫原料（如廢棄物）本身的復(fù)雜性，使用純種細(xì)菌無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模的生物制氫。另外需要考慮的是葡萄糖轉(zhuǎn)化為氫的生物合成反應(yīng)，目前1摩爾葡萄糖最多可產(chǎn)6摩爾氫氣，但是如果按質(zhì)量計(jì)算，160g葡萄糖僅產(chǎn)了12g氫，確實(shí)存在經(jīng)濟(jì)可行性問(wèn)題。      　　生物產(chǎn)氫的重要發(fā)展方向是以生物質(zhì)為原料制取氫氣。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將不僅局限于產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水的食品加工、發(fā)酵等行業(yè)，而且還可以用城市污水處理廠的剩余污泥、生活垃圾等其他有機(jī)廢棄物為原料生產(chǎn)氫氣。歐洲開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)直接氣化制氫技術(shù)，過(guò)程簡(jiǎn)單、產(chǎn)氫速度快，顯示出巨大潛力，成本顯著低于生物質(zhì)發(fā)電再電解制氫、乙醇制氫，歐洲正在積極開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。      　　盡管氫被炒得很熱，但是根據(jù)美國(guó)能源政策委員會(huì)2004年的年終報(bào)告，通過(guò)對(duì)氫的原料可供給性、CO2減排性、與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的相容性、到2020年與汽油的競(jìng)爭(zhēng)性等4項(xiàng)指標(biāo)比較，認(rèn)為氫還不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。美國(guó)科學(xué)院預(yù)測(cè)，氫需要再經(jīng)過(guò)50年的全力研發(fā)才能顯示出其優(yōu)越性。