生物質(zhì)能源化利用技術(shù)綜述

查湘義

（遼寧交通高等?？茖W(xué)校，遼寧 沈陽 110122 ）

　　摘 要：生物質(zhì)能是可再生能源，對生物質(zhì)能的開發(fā)利用，是解決能源和環(huán)境問題的有效途徑之一。本文主要介紹了生物質(zhì)能的特點及利用現(xiàn)狀，綜述了生物質(zhì)氣化、液化、固化技術(shù)，展望了生物質(zhì)利用的發(fā)展前景。

　　面對傳統(tǒng)化石燃料煤炭、石油和天然氣等資源的日益枯竭和人們對全球性環(huán)境問題的關(guān)注，開發(fā)清潔可再生能源越來越受到重視。我國生物質(zhì)能資源相當(dāng)豐富，理論生物質(zhì)能資源約有50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是我國目前總能耗的4倍左右。生物質(zhì)燃料除了可替代部分石油、煤炭等化石燃料外，更有變廢為寶、保護環(huán)境和資源綜合利用的功能，開發(fā)生物質(zhì)能有助于減輕溫室效應(yīng)和維持生態(tài)良性循環(huán)，是解決能源和環(huán)境問題的有效途徑之一。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能具有廣闊的前景。

　　一、生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀

　　1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會后，歐美國家即大力發(fā)展生物質(zhì)能。北歐各國大力發(fā)展木材發(fā)電，德國大力發(fā)展沼氣。歐盟規(guī)劃2010年可再生能源比例達12%，每年可替代2000萬噸石油，其中成本較低的生物質(zhì)能約占80%。許多國家制訂了生物質(zhì)能的開發(fā)研究計劃，例如日本的陽光計劃、美國的能源農(nóng)場、印度的綠色能源工程和巴西的酒精能源計劃，紛紛投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)。

　　目前，國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達到商業(yè)化應(yīng)用程度，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)業(yè)經(jīng)營。巴西是世界上少數(shù)幾個具備發(fā)展能源農(nóng)業(yè)條件的國家之一，具有為生物能源提供原料保障的潛在優(yōu)勢。自二十世紀(jì)七十年代中期起，巴西就開始利用甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇。經(jīng)過30年的努力，巴西已建成完整的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)鏈。巴西是目前世界上唯一不供應(yīng)純汽油的國家，該國乙醇產(chǎn)量的97%都用于燃料。2008年乙醇燃料已占該國汽車燃料消費量的50%以上。

　　美國在生物質(zhì)利用方面處于世界領(lǐng)先地位。據(jù)報道，美國有350多座生物質(zhì)發(fā)電站，發(fā)電裝機總?cè)萘窟_700兆瓦，提供了大約6.6萬個工作崗位。二十世紀(jì)七十年代研究開發(fā)了顆粒成型燃料，并研究開發(fā)了專門使用顆粒成型燃料的爐灶，用于家庭或暖房取暖。后來美國加快木柴發(fā)電和燃料乙醇的啟用，利用農(nóng)作物及其廢物制造乙醇，作為汽車燃料，1999年明確提出規(guī)劃，到2010年生物制品及生物質(zhì)能的產(chǎn)量將為當(dāng)時水平的3倍，生物質(zhì)能比達10%。

　　在我國生物質(zhì)是僅次于煤的第二大能源，占全部能源消耗總量的20%。但長期以來，生物質(zhì)能在我國商業(yè)用能結(jié)構(gòu)中的比率極小，其主要是作為一次能源在農(nóng)村利用，約占農(nóng)村總能耗的70%左右。而我國目前生物質(zhì)能利用的主要方法是傳統(tǒng)的爐灶直接燃燒，其轉(zhuǎn)換效率僅為10%～20%，浪費嚴(yán)重且造成環(huán)境污染。

　　二、生物質(zhì)能源化利用技術(shù)

　?、迳镔|(zhì)氣化技術(shù) 生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)。氣化是以氧氣、氫氣或水蒸氣等作為汽化劑，在高溫的條件下通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)中的碳轉(zhuǎn)化為可燃氣體 (主要為一氧化碳、氫氣和甲烷等)的熱化學(xué)反應(yīng)。氣化可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)的氣態(tài)燃料，直接應(yīng)用作為鍋爐燃料或發(fā)電，產(chǎn)生所需的熱量或電力，或作為合成氣進行間接液化以生產(chǎn)甲醇、二甲醚等液體燃料或化工產(chǎn)品。這種方法通過改變生物質(zhì)原料的形態(tài)來提高能量轉(zhuǎn)化效率，獲得高品位能源，生物質(zhì)氣化具有就地取材、減少污染、廢物利用及使用方便衛(wèi)生等優(yōu)點。

　　目前的生物質(zhì)氣化技術(shù)主要有固定床、流化床和直接干餾熱解三種工藝形式。其中固定床技術(shù)最為簡單，投資低，易于操作。但產(chǎn)生的燃氣熱值低，一般在5000千焦/立方米左右，并且焦油含量高，易堵塞管路。流化床工藝得到的生物質(zhì)燃氣熱值高，可達12000千焦/立方米，燃氣產(chǎn)率和氣化效率也分別達到了0.95和63%，但是這一工藝設(shè)備復(fù)雜，操作不易掌握。直接干餾熱解技術(shù)能達到很高的熱值，但還處于試驗階段。流化床生物質(zhì)氣化爐比固定床生物質(zhì)氣化具有更大的經(jīng)濟性，應(yīng)該成為我國今后生物質(zhì)氣化設(shè)備研究的主要方向。目前我國利用現(xiàn)有技術(shù)，研究開發(fā)效率較高及經(jīng)濟上可行的生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在我國將成為生物質(zhì)高效利用的一個主要課題。

　　㈡生物質(zhì)液化技術(shù) 生物質(zhì)液化技術(shù)是把固體狀態(tài)的生物質(zhì)經(jīng)過一系列化學(xué)加工過程，使其轉(zhuǎn)化成液體燃料的清潔利用技術(shù)，可分為直接液化、快速熱解等方法。在很早以前人們就用谷物、高粱等通過水解液化生產(chǎn)酒精。二十世紀(jì)八十年代以來，生物質(zhì)的快速熱解技術(shù)有了很大的發(fā)展，其中最引人注目的是在超高速升溫條件下的生物質(zhì)直接高溫快速熱解新技術(shù)。國際能源署（IEA ）組織了加拿大、芬蘭、意大利等十個研究小組進行了長達十余年的研究工作，在此方面做了深入的研究。我國對生物質(zhì)液化也極為重視，目前在?？诮ǔ闪艘蛔戤a(chǎn)2萬噸的生物質(zhì)燃料廠，該廠以薯類作物為原料生產(chǎn)乙醇、干冰等產(chǎn)品，將低品位、能量密度低的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)液體燃料和化學(xué)品。此外，我國還進行用甜高粱制取酒精的研究工作，用酒精做汽車燃料具有很多優(yōu)點。

　?、缟镔|(zhì)固化技術(shù) 生物質(zhì)固化技術(shù)是將生物質(zhì)中的木質(zhì)素在加熱條件下液化或軟化使其具有相當(dāng)?shù)恼持鴱姸?，然后通過機械的方式給生物質(zhì)施加一定的壓力，將分散的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有一定形狀和密度的燃料。固化技術(shù)能提高能源密度，改善燃燒特性，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)能源轉(zhuǎn)化。因此，在面臨環(huán)境與發(fā)展雙重壓力的當(dāng)今社會，為尋找作為煤炭、石油、天然氣等化石類能源的理想替代能源，生物質(zhì)固化技術(shù)受到國內(nèi)外科技工作者的普遍關(guān)注。目前，固化技術(shù)主要是利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)成型炭，雖然國外對此早有研究，但嚴(yán)格保密。我國在這方面的研究還處于起步階段，少數(shù)企業(yè)嘗試用窯燒法等傳統(tǒng)木炭生產(chǎn)技術(shù)制造成型炭，生產(chǎn)周期長達20多天，成品質(zhì)量很不均勻，得率很低。目前的成型炭得率在50%～55%，較烘烤炭低約10%左右，但更加清潔衛(wèi)生，從生物質(zhì)資源品味的角度看不失為一種好方法。

　　三、前景及結(jié)論

　　生物質(zhì)能利用前景十分廣闊，通常生物質(zhì)能利用主要是把其轉(zhuǎn)化為電力、液體燃料、固化成型燃料，在一定范圍內(nèi)減少和替代礦物燃料的使用。生物質(zhì)作為燃料原料比化石燃料有高揮發(fā)分的突出優(yōu)點，生物質(zhì)半焦的反應(yīng)活性高，生物質(zhì)灰分少，含硫量低。

　　在我國，生物質(zhì)能源的研究起步較晚，但我國又是生物質(zhì)資源十分豐富的國家，因此迫切需要加大生物質(zhì)能源的開發(fā)研究。我國未來生物質(zhì)利用技術(shù)主要在能源作物的開發(fā)、沼氣技術(shù)、生物質(zhì)熱轉(zhuǎn)化與利用技術(shù)、生物質(zhì)材料的利用上實現(xiàn)突破。2005～2020年，為我國生物質(zhì)技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展階段，部分技術(shù)進入到商業(yè)應(yīng)用，2020～2050年，隨著生物質(zhì)技術(shù)成熟和生物質(zhì)能源體系的完善，生物質(zhì)將成為主要的能源，進入到商業(yè)化示范和全面推廣階段。

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