2004年第2期能源與環(huán)境IsSN1007-3132CN35-1272/TK可再生能源生物質(zhì)潔凈能源利用技術(shù)武全萍王桂娟李業(yè)發(fā)中國科技大學(xué)熱科學(xué)系安徽合肥230000摘要生物質(zhì)能是與環(huán)境友好的潔凈能源,具有廣闊的開發(fā)利用前景,綜述了生物質(zhì)能技術(shù)轉(zhuǎn)換方式和可利用途徑,介紹了國內(nèi)外利用生物質(zhì)能的狀況關(guān)鍵詞生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換利用技術(shù)中圖分類號:X382.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號:1007-3132(2004)02-0041-03生物質(zhì)能是隨著化石能源危機(jī)及回歸生態(tài)平衡生物質(zhì)能約占80%。瑞典對廢木材的利用十分重視,而被人類重新認(rèn)識的,它是蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量,生物質(zhì)能比已達(dá)20%;法國將生物質(zhì)能甲酯化后和是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲柴油并用以替代石油;美國加快木柴發(fā)電和燃料乙存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能是在煤炭、石油醇的啟用,利用農(nóng)作物及其廢物制造乙醇,作為汽和夭然氣之后居于世界能源消費(fèi)總量第4位的能源,車燃料,199年明確提岀規(guī)劃到2010年生物制品及在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。生物質(zhì)資源不僅生物質(zhì)能的產(chǎn)量將為當(dāng)時水平的3倍,生物質(zhì)能比儲量豐富,而且還可再生,目前世界擁有的生物質(zhì)達(dá)10%;生物質(zhì)能是丹麥主要的可再生能源,2000資源約18.41×101-1,如以能量換算,相當(dāng)于目年丹麥生物質(zhì)能約占全國可再生能源的85%,作為前石油產(chǎn)量的15~20倍2。如果這部分資源能得到世界風(fēng)力機(jī)主要的供應(yīng)者,其風(fēng)能只占10%;古巴充分利用,人類相當(dāng)于擁有了一個取之不竭,用之盛產(chǎn)甘蔗,大量的甘蔗渣可用于燃燒發(fā)電,該國政不盡的資源寶庫。府已與聯(lián)合國發(fā)展組織、世界環(huán)境基金會聯(lián)合進(jìn)行生物質(zhì)來源于OO(光合作用),燃燒后產(chǎn)生國際合作,預(yù)計投資1億美元興建以甘蔗渣為原料O2,所以燃用生物質(zhì)時可以認(rèn)為CO2的排放是零,的環(huán)保電廠,預(yù)計所生產(chǎn)的電能可足夠古巴全國使甚至有所減少(考慮到燃燒后草木灰中含有大量的用。K2(O3)因此生物質(zhì)與礦物燃料相比更為潔凈。生我國每年的農(nóng)林廢棄物已超過10億t,具有廣物質(zhì)能的缺點(diǎn)是熱值及熱效率低,體積大,不易運(yùn)闊的開發(fā)前景,生物質(zhì)能占農(nóng)村總能耗的近70%輸,直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10%~30%,因占全國總能耗的近(1/41我國沼氣的使用有較此作為高效潔凈燃料必須經(jīng)過技術(shù)加工3長歷史,在發(fā)展中國家處于領(lǐng)先地位。以甲醇為燃生物質(zhì)燃料除了可替代部分石油、煤炭等化石料的公交車在北京試運(yùn)成功,另外數(shù)十輛公交車也燃料外,更有變廢為寶、保護(hù)環(huán)境和資源綜合利用在進(jìn)行改裝,準(zhǔn)備加入”棄油燒酒”的行列,據(jù)預(yù)的功能,開發(fā)生物質(zhì)能有助于減輕溫室效應(yīng)和維持測,2050年我國生物質(zhì)能開發(fā)利用量將達(dá)到275M生態(tài)良性循環(huán),是解決能源和環(huán)境問題的有效途徑標(biāo)準(zhǔn)煤,占一次能源供應(yīng)量的8%3]。2生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)的主要能量載體1國內(nèi)外利用生物質(zhì)能狀況2.1氫氣目前生物質(zhì)能的研究與開發(fā)已成為全球的熱門氬氣作為21世紀(jì)的清潔能源,倍受各國政府和研課題之一,受到世界各國政府與科學(xué)家的關(guān)注。究人員中國煤化工主要方法是化石燃料制1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會后,歐美國家即大力發(fā)氫,但CNMH(境的污染幾乎不可逆展生物質(zhì)能。北歐各國大力發(fā)展木材發(fā)電,德國大轉(zhuǎn);水電解制氫的技術(shù)已經(jīng)成熟,但能耗較高,對電力力發(fā)展沼氣。歐盟規(guī)劃2010年可再生能源比例達(dá)需求旺盛的國家,電解水制氬成本相當(dāng)高。目前,許多12%,每年可替代2000萬t石油,其中成本較低的研究者對生物質(zhì)制氫很感興趣。 Willams.R.H等對生物可再生能源」能源與環(huán)境2004年第2期質(zhì)制氫的成本進(jìn)行評估,在考慮制氫帶來的社會、經(jīng)合合成特定的物質(zhì),再通過催化合成,就可得到液濟(jì)效益后,生物質(zhì)制取氫氣將是最廉價的制氫方式。體燃料乙醇(或甲醇、醚、汽油等生物質(zhì)制氬主要包括生物質(zhì)熱化學(xué)氣化制氬和生物2.2.2生物轉(zhuǎn)換法制乙醇質(zhì)發(fā)酵制氫。乙醇是生物質(zhì)發(fā)酵制備能量載體的主要目標(biāo)產(chǎn)2.1.1生物質(zhì)氣化制氫物之一,最常用的產(chǎn)生乙醇的微生物是酵母。傳統(tǒng)生物質(zhì)氣化是指將預(yù)處理過的生物質(zhì)在氣化介的酵母發(fā)酵法采用谷物或甘蔗糖蜜作為原料,這種質(zhì)中(如空氣、純氧、水蒸氣或這三者的混合物中)制備燃料乙醇的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟并有較大規(guī)模應(yīng)加熱至π00℃以上,將生物質(zhì)分解成合成氣。生物質(zhì)用,而對含大量纖維素的植物來說,正在開發(fā)將纖氣化的主要產(chǎn)物為氫氣、一氧化碳、甲烷以及少量維素水解為糖后再制取乙醇的技術(shù),對植物中數(shù)量的二氧化碳與氮?dú)?混合氣成分的組成因氣化溫度、僅次于糖的木糖來說,用轉(zhuǎn)基因酵母發(fā)酵后生產(chǎn)乙壓力、氣化停留時間以及催化劑的不同而不同,氣醇的技術(shù)也在研發(fā)中?；磻?yīng)器的選擇也是決定混合氣組成的一個重要因美國和巴西都已把燃料乙醇大量用于汽車燃料素。區(qū)別于常見的生物質(zhì)氣化制氫形式的有超臨界中,2000年巴西用甘蔗制燃料乙醇總產(chǎn)量達(dá)793萬水生物質(zhì)催化氣化制氫和等離子體熱解氣化制氫t,約占該國汽油消耗量的1/3。美國除用玉米生物超臨界水生物質(zhì)催化氣化制氬是一種新型高效質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇外,還資助用生物質(zhì)燃料廢料生產(chǎn)的制氫技術(shù),是利用超臨界水可以溶解多數(shù)有機(jī)物燃料乙醇的開發(fā), Logen公司投產(chǎn)了世界上最大的采和氣體,而且密度高、粘性低、運(yùn)輸能力強(qiáng)的特性,用纖維素廢料(小麥禾杄、大麥禾桿等)生產(chǎn)乙醇可達(dá)到100%的生物質(zhì)氣化率,氣體產(chǎn)物中氬氣的體的裝置,該公司現(xiàn)采用谷物生產(chǎn)乙醇的費(fèi)用約為29積百分含量甚至超過50%,反應(yīng)不生成焦油、木炭美分/L,采用這一新技術(shù)預(yù)計可使未來的工業(yè)生產(chǎn)等副產(chǎn)品,不會造成二次污染費(fèi)用減少到約2378美分/I7美國希望2030年生用等離子體進(jìn)行生物質(zhì)轉(zhuǎn)化也引起了許多研究產(chǎn)850億L乙醇,價格將下降到14美分/Ⅱ1。我者的注意。典型的有電弧等離子體,其特點(diǎn)是溫度國已將生產(chǎn)燃料乙醇項(xiàng)目列入”十五規(guī)劃”中,并極高,可達(dá)到上萬度,并且這種等離子體還含有大將全面推廣使用車用乙醇汽油,正式頒布“變性燃量各種類型的帶電離孑、中性離子以及電子等活性料乙醇″和″車用乙醇汽油″兩項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)。近年物。生物質(zhì)在氮的氣氛下經(jīng)電弧等離子體熱解后,來我國已開始大力推進(jìn)用玉米制乙醇的工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)品的主要組分就是氫氣和一氧化碳吉林省投資29億元建設(shè)年產(chǎn)60萬t燃料乙醇的項(xiàng)目2.1.2生物質(zhì)發(fā)酵制氫已于2001年批準(zhǔn)動工,河南和安徽也在進(jìn)行此類項(xiàng)微生物發(fā)酵制氬不僅可以利用生物質(zhì)中的化學(xué)目的調(diào)研。鍵,而且可以利用光能。氫氣的產(chǎn)生通常是隨能量2.3沼氣代謝過程進(jìn)行的。微生物在常溫常壓下進(jìn)行酶催化沼氣技術(shù)在污水處理、堆肥制造、人畜類便、反應(yīng)即可制得氫氣。過去的20年內(nèi),以生物質(zhì)為原農(nóng)作物秸桿和食品廢物處理等方面已經(jīng)得到廣泛利材料制氫所用的微生物主要為光合細(xì)菌,但由于其用,其過程是把生物質(zhì)有機(jī)廢物放在容器中并與細(xì)原料來源于有杋酸,限制了這種技術(shù)的工業(yè)化大規(guī)菌混合,細(xì)菌便在容器中迅速繁殖起來,細(xì)菌在分模使用。2000年美國年產(chǎn)H48億m3,已經(jīng)達(dá)到價解過程中釋放出甲烷、氨和二氧化碳。據(jù)報道,印值1000億美元的市場規(guī)模度早在1981年就開始發(fā)展以村為單位的利用家畜糞2.2乙醇便生產(chǎn)沼氣的農(nóng)村沼氣國家開發(fā)計劃,在這個計劃生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為乙醇主要有熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法和生物指導(dǎo)下,每年新建沼氣池大約18萬座之多。美國轉(zhuǎn)換法俄克拉荷馬州的一家熱回收處理廠建成一套將牛糞2.2.1熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法制乙醇轉(zhuǎn)化為沼氣的生產(chǎn)工廠,10萬頭牛的糞便每日能轉(zhuǎn)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化法制乙醇主要是指在一定溫度、壓化為5中國煤化工當(dāng)?shù)亟?萬戶家庭使力和時間控制條件下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成液態(tài)燃料乙醇。用2CNMHG長,全國共建成近生物質(zhì)氣化得到中等發(fā)熱值的燃料油和可燃性氣體100座工業(yè)廢水和畜禽糞便沼氣工程,形成約6億氣體組分進(jìn)行重整,即調(diào)節(jié)氣體的比例,使其最適推廣規(guī)模和技術(shù)水平在發(fā)展中國家領(lǐng)先8萬戶一氧化碳、氬氣、小分子烴類化合物),把得到的m3/a的生產(chǎn)能力,農(nóng)村沼氣用戶已超過68新乙h2004年第2期能源與環(huán)境IsSN1007-3132CN35-1272/TK可再生能源2.4生物柴油生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的能量載體很多,除上所述從向日葵、大豆、菜籽、棕櫚、椰子等植物種外還有其它如固化旳成型燃料、熱分解液化旳燃油、子中提取的植物油經(jīng)甲酯?；罂晒┎裼蜋C(jī)使用,氣化后合成的液體燃料(甲醇、二甲醚)等。隨著稱為生物柴油。生物柴油具有許多優(yōu)良的品質(zhì):含科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人類對生物質(zhì)能的開發(fā)應(yīng)用一定氧高,含硫量低,分解性能好,燃燒效率高,潤滑會有更新的進(jìn)步性能大大優(yōu)于石油柴油,可以減少對發(fā)動機(jī)的磨損開口閃點(diǎn)高(160℃),儲存、運(yùn)輸、使用更安全,3結(jié)論生物柴油還具有良好的環(huán)境性能,有利于減輕大氣1)生物質(zhì)能作為一種古老而又新興的能源對污染。人類經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)平衡的保持起著舉足輕重的2001年歐盟的生物柴油產(chǎn)量已達(dá)100萬t,美國作用。政府應(yīng)對此進(jìn)行政策性引導(dǎo),把發(fā)展新型生3年里從1500t猛增到2001年的6萬t。日本的莫茲物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)作為目標(biāo),加強(qiáng)行業(yè)管理,通過稅收及重公司于2001年開發(fā)成功用廢食用油制造生物柴其它經(jīng)濟(jì)手段將能源的外部社會成本和環(huán)境成本計油的裝置,日處理廢食用油1200L,油的回收率達(dá)入能源成本中,以增強(qiáng)生能質(zhì)能的競爭力。加強(qiáng)科80%~85%。京都市于2002年4月投資19億日元研和開發(fā),借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn),在生物質(zhì)能應(yīng)用技建立日產(chǎn)生物柴油5000L的廢食用油生產(chǎn)生物柴油的裝置,2003年投產(chǎn)后主要供于市公共汽車和垃圾術(shù)上盡快達(dá)到國際先進(jìn)水平。運(yùn)輸車使用。美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室近年應(yīng)用現(xiàn)代(2)我國林木覆蓋率只有13%9,生態(tài)條件相技術(shù)開發(fā)海洋微藻,在戶外種植表明,其脂質(zhì)含量當(dāng)薄弱,要因地制宜,利用現(xiàn)代生物技術(shù),加快發(fā)展薪炭林,在大片非耕地上種植速生林,以保證充足高達(dá)40%,每畝這種產(chǎn)品可提煉生物柴油1~2.5t,在近海種植其前景會很好。的可再生生物質(zhì)原料,其次應(yīng)首先選擇農(nóng)業(yè)廢棄物2.5生物質(zhì)發(fā)電秸稈等)作為技術(shù)轉(zhuǎn)化的資源,使農(nóng)牧民都能介入能源市場,獲得穩(wěn)定的收入,提高大家生活質(zhì)量的生物質(zhì)發(fā)電包括直接燃燒發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。直接燃燒發(fā)電是指用工業(yè)鍋爐把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化同時改善人類的生存環(huán)境。成優(yōu)質(zhì)的能源——電能。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的基3)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展的多樣化,大力推本原理是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃?xì)?再利用可燃?xì)馔茝V農(nóng)村的沼氣利用技術(shù),加快用非糧食類生物質(zhì)作原料動燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。它既能解決生物質(zhì)難于生產(chǎn)燃料乙醇的研究,開發(fā)出有自主知識產(chǎn)權(quán)的實(shí)用技燃用而且分散分布的缺點(diǎn),又可以充分發(fā)揮燃?xì)獍l(fā)術(shù),保障我國的能源安全和經(jīng)濟(jì)繁榮,利用我國現(xiàn)有的電技術(shù)設(shè)備緊湊而且污染少的優(yōu)點(diǎn),所以氣化發(fā)電資源優(yōu)勢,深入發(fā)展生物質(zhì)潔凈能源。是生物質(zhì)能最有效最潔凈的利用方法之一。參考美國在這方面的工作比較先進(jìn),相關(guān)的生物質(zhì)1朱清時,閻立峰,郭慶祥.生物質(zhì)潔凈能源.北京化學(xué)工業(yè)出版社.2002發(fā)電站有350多座,發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)700MW,提2閔恩澤,吳巍.可再生生物質(zhì)資源.化工進(jìn)展.2002,供了大約66萬個工作崗位,據(jù)有關(guān)科學(xué)家估計,21(5):357-39到2010年,生物質(zhì)發(fā)電將達(dá)到13000MW裝機(jī)容量3高紅.北京應(yīng)大力發(fā)展生物質(zhì)能燃料.節(jié)能與環(huán)?？砂才?7萬多就業(yè)人員8。瑞典和丹麥實(shí)行利用生2002,(6):36-37物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃,使生物質(zhì)在提供高品位4呂鵬梅,常杰等.生物質(zhì)廢棄物制氫技術(shù),環(huán)境保護(hù)電能的同時,滿足供熱的需求。2002年日本提出計.2002,(8):43-45劃2010年生物質(zhì)能發(fā)電達(dá)33萬kW。我國“十五5梁建光,吳永強(qiáng).生物產(chǎn)氫研究進(jìn)展,微生物學(xué)通報國家科技攻關(guān)計劃提出要推廣建成MW級電站10座200229(6):81-8以上,發(fā)電成本在0.25元/kWh左右。中科院廣州6美國能源部2000年年度報告能源研究所對生物質(zhì)能旳開發(fā)研究較早,最近又進(jìn)中國煤化工級乙醇石油化工技木經(jīng)濟(jì)200行了4MW級生物質(zhì)氣化燃?xì)狻羝w聯(lián)合循環(huán)CNMHG究現(xiàn)狀與發(fā)展前景.林產(chǎn)發(fā)電示范工程的設(shè)計研究,并取得了較好的結(jié)果,化學(xué)與工業(yè)202,2(2):75-80該示范工程位于江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)9鄧可蘊(yùn).21世紀(jì)我國生物質(zhì)能發(fā)展戰(zhàn)略.中國電力2.6其它能量載體2000,33(9):8