誰了解林產(chǎn)化工（生物質(zhì)與能源工程）？

【專家解說】：生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀(jì)主要的新能源之一。據(jù)估計，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。這些未加以利用的生物質(zhì)，為完成自然界的碳循環(huán)，其絕大部分由自然腐解將能量和碳素釋放，回到自然界中。事實上，生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)作為生活能源。生物質(zhì)燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴(yán)重。通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源，生產(chǎn)各種清潔燃料，替代煤炭，石油和天然氣等燃料，生產(chǎn)電力。而減少對礦物能源的依賴，保護國家能源資源，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。專家認(rèn)為，生物質(zhì)能源將成為未來持續(xù)能源重要部分，到2015年，全球總能耗將有40%來自生物質(zhì)能源。 1.2能源與環(huán)境 人類正面臨著發(fā)展與環(huán)境的雙重壓力。經(jīng)濟社會的發(fā)展以能源為重要動力，經(jīng)濟越發(fā)展，能源消耗多，尤其是化石燃料消費的增加，就有兩個突出問題擺在我們面前：一是造成環(huán)境污染日益嚴(yán)重，二是地球上現(xiàn)存的化石燃料總有一天要掘空。按消費量推算，世界石油資源在今后50年到80年間將最終消耗殆盡。到2059年，也就是世界上第一口油井開鉆二百周年之際，世界石油資源大概所剩無幾。另一方面，由于過度消費化石燃料，過快過早地消耗了這些有限的資源，釋放大量的余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧層破壞，全球氣候變暖，酸雨等災(zāi)難性后果的直接因素。這就是說，如果不發(fā)展出新的能源來取代化石常規(guī)能源在能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位，在21世紀(jì)必將發(fā)生嚴(yán)重的、災(zāi)難性的能源和環(huán)境危機，是人類在下一世紀(jì)所面臨的三大最可能發(fā)生的災(zāi)難之一。 1.國家安全 固然,發(fā)展生物質(zhì)能源不是獲得新的能源的唯一途徑，人類可以采用高技術(shù)手段獲得核能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的發(fā)展極可能給已經(jīng)不安的世界帶來新的不穩(wěn)定因素,甚至直接威脅到人類的生存環(huán)境；其次，各國或各集團在人類下世紀(jì)技術(shù)水平下所能到達的有限外太空區(qū)域內(nèi)進行的能源開發(fā)，將不可避免地引發(fā)新的爭奪或爭端，其禍福不言自明。而生物質(zhì)能源則不僅是最安全、最穩(wěn)定的能源，而且通過一系列轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以生產(chǎn)出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產(chǎn)因體燃料，氣化可以生產(chǎn)氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產(chǎn)電力等等。目前，世界各國，尤其是發(fā)達國家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)，保護本國的礦物能源資源，為實現(xiàn)國家經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供根本保障。 2.國外生物質(zhì)能技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 生物質(zhì)能源的開發(fā)利用早已引起世界各國政府和科學(xué)家的關(guān)注。有許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計劃，在日本的陽光計劃、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發(fā)展計劃。其它諸如丹麥、荷蘭、德國、法國、加拿大、芬蘭等國，多年來一直在進行各自的研究與開發(fā)，并形成了各具特色的生物質(zhì)能源研究與開發(fā)體系，擁有各自的技術(shù)優(yōu)勢。 2.1沼氣技術(shù) 主要為厭氧法處理禽畜糞便和高濃度有機廢水，是發(fā)展較早的生物質(zhì)能利用技術(shù)。80年代以前，發(fā)展中國家主要發(fā)展沼氣池技術(shù)，以農(nóng)作物秸稈和禽畜糞便為原料生產(chǎn)沼氣作為生活炊事燃料。如印度和中國的家用沼氣池；而發(fā)達國家則主要發(fā)展厭氧技術(shù)，處理禽畜糞便和高濃度有機廢水。目前，日本、丹麥、荷蘭、德國、法國、美國等發(fā)達國家均普遍采取厭氧法處理禽畜糞便，而象印度、菲律賓、泰國等發(fā)展中國家也建設(shè)了大中型沼氣工程處理禽畜糞便的應(yīng)用示范工程。采用新的自循環(huán)厭氧技術(shù)。荷蘭IC公司已使啤酒廢水厭氧處理的產(chǎn)氣率達到10m3/m3.d的水平，從而大大節(jié)省了投資、運行成本和占地面積。美國、英國、意大利等發(fā)達國家將沼氣技術(shù)主要用于處理垃圾，美國紐約斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，采用濕法處理垃圾，日產(chǎn)26萬m3沼氣，用于發(fā)電、回收肥料，效益可觀，預(yù)計10年可收回全部投資。英國以垃圾為原料實現(xiàn)沼氣發(fā)電18MW，今后10年內(nèi)還將投資1.5億英鎊，建造更多的垃圾沼氣發(fā)電廠。 2.2生物質(zhì)熱裂解氣化 早在70年代，一些發(fā)達國家，如美國、日本、加拿大、歐共體諸國，就開始了以生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)研究與開發(fā)，到80年代，美國就有19家公司和研究機構(gòu)從事生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的研究與開發(fā)；加拿大12個大學(xué)的實驗室在開展生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)的研究；此外，菲律賓、馬來西亞、印度、印尼等發(fā)展明家也先生開展了這方面的研究。芬蘭坦佩雷電力公司開始在瑞典建立一座廢木材氣化發(fā)電廠，裝機容量為60MW,產(chǎn)熱65MW,1996年運行：瑞典能源中心取得世界銀行貸款，計劃在巴西建一座裝機容量為20-3OMW的發(fā)電廠，利用生物質(zhì)氣化、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等先進技術(shù)處理當(dāng)?shù)刎S富的蔗渣資源。 2.3生物質(zhì)液體燃料 另一項令人關(guān)注的技術(shù)，因為生物質(zhì)液體燃料，包括乙醇、植物油等，可以作為清潔燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，70年代中期，為了擺脫對進口石油的過度依賴，實施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計劃，到1991年，乙醇產(chǎn)量達到130億升，在980萬輛汽車中，近400萬輛為純乙醇汽車，其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料，也就是說乙醇燃料已占汽車燃料消費量的50%以上。1996年，美國可再生資源實驗室已研究開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，由美國哈斯科爾工業(yè)集團公司建立了一個1MW稻殼發(fā)電示范工程：年處理稻殼12，000噸，年發(fā)電量800萬度，年產(chǎn)酒精2，500噸，具有明顯的經(jīng)濟效益。 2.4其它技術(shù) 此外,生物質(zhì)壓縮技術(shù)可書固體農(nóng)林廢棄物壓縮成型,制成可代替煤炭的壓塊燃料。如美國曾開發(fā)了生物質(zhì)顆粒成型燃料：泰國、菲律賓和馬來西亞等第三世界國家發(fā)展了棒狀成型燃料。 3.我國的生物質(zhì)能源 我國基本上是一個農(nóng)業(yè)國家農(nóng)村人口占總?cè)丝诘?0%以上，生物質(zhì)一直是農(nóng)村的主要能源之一，在國家能源構(gòu)成中也占有益要地位。 3.1生物質(zhì)能資源 我國現(xiàn)有森林、草原和耕地面積41.4億公頃，理論上生物質(zhì)資源理可達650億噸/年以上（在但第平方公里土地面積上，植物經(jīng)過光合作用而產(chǎn)生的有機碳量，每年約為158噸）。以平均熱值為15,000千焦/公斤計算，折合理論資源最為33億標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于我國目前年總能耗的3倍以上。 實際上，目前可以作為能源利用的生物質(zhì)主要包括秸稈、薪柴、禽畜糞便、生活垃圾和有機廢渣廢水等。據(jù)調(diào)查，目前我國秸稈資源量已超過7.2億噸,約3.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，除約1.2億噸作為飼料、造紙、紡織和建材等用途外其余6億噸可作為能源用途：薪柴的來源主要為林業(yè)采伐、育林修剪和薪炭林，一項調(diào)查表明：我國年均薪柴產(chǎn)量約為1.27億噸，折合標(biāo)準(zhǔn)煤0.74億噸：禽畜糞便資源量約1.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；城市垃圾量生產(chǎn)量約1.2億噸左右，并以每年8%-10%的速度增，據(jù)估算，我國可開發(fā)的生物質(zhì)能資源總量約7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 3.2生物質(zhì)能源和利用 我國生物質(zhì)的能源利用絕大部分用于農(nóng)村生活能源，極少部分用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)：而利用方式長期來一直以直接燃燒為主，只是近年來才開始采用新技術(shù)利用生物質(zhì)能源，但規(guī)模較小。普及程度較低，在國家，甚至農(nóng)村的能源結(jié)構(gòu)中占有極小的比例。 生物質(zhì)直接燃燒方式不僅熱效率低下，而且大量的煙塵和余灰的排放使人們的居住和生活環(huán)境日益惡化，對生態(tài)、社會和經(jīng)濟造成極其不利的影響。 3.3市場需求 可以預(yù)計，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，生物質(zhì)能利用技術(shù)和裝置的市場前景將會越來越廣闊。 3.4我國生物質(zhì)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與問題 我國政府及有關(guān)部門對生物質(zhì)能源利用極為重視，國家?guī)孜恢饕I(lǐng)導(dǎo)人曾多次批示和指示加強農(nóng)作物秸稈的能源利用。國家科委已連續(xù)在三個國家五年計劃中將生物質(zhì)能技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點研究項目，涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的科研成果和成功的應(yīng)用范例，如產(chǎn)用沼氣池、禽畜糞便沼氣技術(shù)、生物質(zhì)氣化發(fā)電和集中供氣、生物壓塊燃料等，取得了可觀的社會效益和經(jīng)濟效益。同時，我國已形成一支高水平的科研隊伍，包括國內(nèi)有名的科研院所和大專院校：擁有一批熱心從事生物質(zhì)熱裂解氣化技術(shù)研究與開發(fā)的著名專家學(xué)者。 a．沼氣技術(shù)是我國發(fā)展最早、曾晉遍推廠的生物質(zhì)能源利用技術(shù)。70年代，我國為解決農(nóng)村能源短缺的問題，曾大力開發(fā)和推廣戶用沼氣地技術(shù)，全國已建成525萬戶用沼氣池。在最近的連續(xù)三個五年計劃中，國家都將發(fā)展新的沼氣技術(shù)列為重點科技攻關(guān)項目，計劃實施了一大批沼氣及其利用的研究項目和示范工程。至今，我國已建設(shè)了大中型沼氣池3萬多個，總?cè)莘e超過137萬m3，年產(chǎn)沼氣5，500萬m3，僅100m3以上規(guī)模的沼氣工程就達630多處，其中集中供氣站583處，用戶8.3萬戶，年均用氣量431m3，主要用于處理禽畜糞便和有機廢水。這些工程都取得了一定程度的環(huán)境效益和社會效益，對發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟和我國厭氧技術(shù)起到了積極作用。在“九五”計劃中，應(yīng)用于處理高濃度有機廢水和城市垃圾的高效厭氧技術(shù)被列為科技攻關(guān)重點項目，分別由中科院成都生物研究所和杭州能源環(huán)境研究所承擔(dān)實施，現(xiàn)已取得預(yù)期的進展。我國厭氧技術(shù)及工程中存在的主要問題：相關(guān)技術(shù)研究少、輔助設(shè)備配套性差、自動化程度低、非標(biāo)設(shè)備加工粗糙、工程造價高、開放式前后處理的二次污染嚴(yán)重等。 b．我國的生物質(zhì)氣化技術(shù)近年有了長足的發(fā)展，氣化爐的形式從傳統(tǒng)上吸式、下吸式到最先進的流化床、快速流化床和雙床系統(tǒng)等，在應(yīng)用上除了傳統(tǒng)的供熱之外，最主要突破是農(nóng)村家庭供氣和氣化發(fā)電上。“八五”期間，國家科委安排了“生物質(zhì)熱解氣化及熱利用技術(shù)”的科技攻關(guān)專題，取得了相當(dāng)成果：采用氧氣氣化工藝，研制成功生物質(zhì)中熱值氣化裝置；以下吸式流化床工藝，研制成功l00戶生物質(zhì)氣化集中供氣系統(tǒng)與裝置：以下吸式固定床工藝，研制成功食品與經(jīng)濟作物生物質(zhì)氣化烘干系統(tǒng)與裝置；以流化床干餾工藝，研制成功1000戶生物質(zhì)氣化 集中供氣系統(tǒng)與裝置。“九五”期間，國家科委安排了“生物質(zhì)熱解氣化及相關(guān)技術(shù)”的科技攻關(guān)專題，重點研究開發(fā)1MW大型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)和農(nóng)村秸稈氣化集中供氣技術(shù)。目前全國已建成農(nóng)村氣化站近200多個，谷殼氣化發(fā)電100多臺套，氣化利用技術(shù)的影響正在逐漸擴大。 c．“八五”期間，我國開始了利用纖維素廢棄物制取乙醇燃料技術(shù)的探索與研究，主要研究纖維素廢棄物的稀酸水解及其發(fā)酵技術(shù)，并在“九五”期間進入中間試驗階段。我國已對植物油和生物質(zhì)裂解油等代用燃料進行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工藝和柴油機燃燒性能等方面進行了初步試驗研究?！熬盼濉逼陂g，開展了野生油料植物分類調(diào)查及育種基地的建設(shè)。我國的生物質(zhì)液化也有一定研究，但技術(shù)比較落后，主要開展高壓液化和熱解液化方面的研究。 d．此外，在“八五”期間，我國還重點對生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)進行了科技攻關(guān)，引進國外先進機型，經(jīng)消化、吸收，研制出各種類型的適合我國國情的生物質(zhì)壓縮成型機，用以生產(chǎn)棒狀、塊狀或顆粒生物質(zhì)成型燃料。我國的生物質(zhì)螺旋成型機螺桿使用壽命達500小時以上，屬國際先進水平。雖然我國在生物質(zhì)能源開發(fā)方面取得了巨大成績，技術(shù)水平卻與發(fā)達國家相比仍存在一定差距，如：a．新技術(shù)開發(fā)不力，利用技術(shù)單一。我國早期的生物質(zhì)利用主要集中在沼氣利用上，近年逐漸重視熱解氣化技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，也取得了一定突破，但其他技術(shù)開展卻非常緩慢，包括生產(chǎn)酒精、熱解液化、直接燃燒的工業(yè)技術(shù)和速生林的培育等，都沒有突破性的進展。b．由于資源分散，收集手段落后，我國的生物質(zhì)能利用工程的規(guī)模很小；為降低投資，大多數(shù)工程采用簡單工藝和簡陋設(shè)備，設(shè)備利用率低，轉(zhuǎn)換效率低下。所以，生物質(zhì)能項目的投資回報率低，運行成本高，難以形成規(guī)模效益，不能發(fā)揮其應(yīng)有的、重大的能源作用。c．相對科研內(nèi)容來說，投入過少，使得研究的技術(shù)含量低，多為低水平重復(fù)研究，最終未能解決一些關(guān)鍵技術(shù)，如：厭氧消化產(chǎn)氣率低，設(shè)備與管理自動化程度較差；氣化利用中焦油問題沒有徹底解決，給長期應(yīng)用帶來嚴(yán)重問題；沼氣發(fā)電與氣化發(fā)電效率較低，相應(yīng)的二次污染問題沒徹底解決。導(dǎo)致許多工程系統(tǒng)常處于維修或故障的狀態(tài)，從而降低了系統(tǒng)運行強度和效率。此外，在我國現(xiàn)實的社會經(jīng)濟環(huán)境中，還存在一些消極因素制約或阻礙著生物質(zhì)能利用技術(shù)的發(fā)展、推廣和應(yīng)用，主要表現(xiàn)為：a．在現(xiàn)行能源價格條件下，生物質(zhì)能源產(chǎn)品缺乏市場竟?fàn)幠芰?，投資回報率低挫傷了投資者的投資積極性，而銷售價格高又挫傷了消費者的積極性。b．技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)范，市場管理混亂。在秸桿氣化供氣與沼氣工程開發(fā)上，由于未有合適的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格的技術(shù)監(jiān)督，很多未具備技術(shù)力量的單位和個人參與了沼氣工程承包和秸桿氣化供氣設(shè)備的生產(chǎn)，引起項目技術(shù)不過關(guān)，達不到預(yù)期目標(biāo)，甚至帶來安全問題，這給今后開展生物質(zhì)利用工作帶來很大的負(fù)面影響。c．目前，有關(guān)扶持生物質(zhì)能源發(fā)展的政策尚缺乏可操作性，各級政府應(yīng)盡快制定出相關(guān)政策，如價格補貼和發(fā)電上網(wǎng)等特殊優(yōu)惠政策。d．民眾對于生物質(zhì)能源缺乏足夠認(rèn)識，應(yīng)加強有關(guān)常識的宣傳和普及工作。e．政府應(yīng)對生物質(zhì)能源的戰(zhàn)略地位予以足夠重視，開發(fā)生物質(zhì)能源是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)視作實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本建設(shè)工程。 4.發(fā)展方向與對策 我國的生物質(zhì)能資源豐富，價格便宜，而經(jīng)濟環(huán)境和發(fā)展水平對生物質(zhì)技術(shù)的發(fā)展處于比較有利的階段。根據(jù)這些特點，我國生物質(zhì)的發(fā)展既要學(xué)習(xí)國外先進經(jīng)驗，又要強調(diào)自己的特色，所以，今后的發(fā)展方向應(yīng)朝著以下幾方面：a．進一步充分發(fā)揮生物質(zhì)能作為農(nóng)村補充能源的作用，為農(nóng)村提供清潔的能源，改善農(nóng)村生活環(huán)境及提高人民生活條件。這包括沼氣利用、秸桿供氣和小型氣化發(fā)電等實用技術(shù)b．加強生物質(zhì)工業(yè)化應(yīng)用，提高生物質(zhì)能利用的比重，提高生物質(zhì)能在能源領(lǐng)域的地位。這樣才能從根本上擴大生物質(zhì)能的影響，為生物質(zhì)能今后的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造條件，也是今后生物質(zhì)能能否成為重要的替代能源的關(guān)鍵。c．研究生物質(zhì)向高品位能源產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的技術(shù)，提高生物質(zhì)能的利用價值。這是重要的技術(shù)儲備，是未來多途徑利用生物質(zhì)的基礎(chǔ)，也是今后提高生物質(zhì)能作用和地位的關(guān)鍵。d．同時，利用山地、荒地和沙漠，發(fā)展新的生物質(zhì)能資源，研究、培育、開發(fā)速生、高產(chǎn)的植物品種，在目前條件允許的地區(qū)發(fā)展能源農(nóng)場、林場，建立生物質(zhì)能源基地，提供規(guī)?；哪举|(zhì)或植物油等能源資源。 對策 根據(jù)上面的主要發(fā)展方向，今后我國生物質(zhì)利用技術(shù)能否得到迅速發(fā)展，主要取決于以下幾個方面： a．在產(chǎn)業(yè)化方面：加強生物質(zhì)利用技術(shù)的商品化工作，制定嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強技術(shù)監(jiān)督和市場管理，規(guī)范市場活動，為生物質(zhì)技術(shù)的推廣創(chuàng)造良好的市場環(huán)境。 b．在工業(yè)化生產(chǎn)與規(guī)?；瘧?yīng)用方面：加強生物質(zhì)技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系，在示范應(yīng)用中解決關(guān)鍵的技術(shù)在技術(shù)研究方面：既重點解決推廣應(yīng)用中出現(xiàn)的技術(shù)難題，在生產(chǎn)實踐中提高并考驗生物質(zhì)能技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟性，為大規(guī)模使用生物質(zhì)創(chuàng)造條件。 c．在技術(shù)研究方面：既重點解決推廣應(yīng)用中出現(xiàn)的技術(shù)難題，如焦油處理，寒冷地區(qū)的沼氣技術(shù)等，又要同時開展生物質(zhì)利用新技術(shù)的探索，如生物質(zhì)制油，生物質(zhì)制氧等先進技術(shù)的研究。 d．制定一項生物質(zhì)能源國家發(fā)展計劃，引進新技術(shù)、新工藝，進行示范、開發(fā)和推廣，充分而合理地利用生物質(zhì)能資源。在21世紀(jì)，逐步以優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)能源產(chǎn)品（固體燃料、液體燃料、可燃?xì)狻⒂?、?zhí)等形式）取代部分礦物燃料，解決我國能源短缺和環(huán)境污染等問題。 4.3優(yōu)先領(lǐng)域 ：秸稈能源利用．有機垃圾處理及能源化．工業(yè)有機廢渣與廢水處理及能源化 .生物質(zhì)液體燃料 4.4重大關(guān)鍵技術(shù) 高效生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù) ．有機垃圾IGCC發(fā)電技術(shù) ．高效厭氧處理及沼氣回收技術(shù) ．纖維素制取酒精技術(shù) ．生物質(zhì)裂解液化技術(shù) ．能源植物培育及利用技術(shù)