第22卷第3期河北林果研究Vol 22 No. 32007年9月HEBEI JOURNAL OF FORESTRY AND ORCHARD RESEARCH文章編號:1007496(200103026205生物質(zhì)能源的利用技術(shù)與開發(fā)對策支乾坤,左春麗2,趙會艷!,楊文學(1河北省木林管局河北圍場04502揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院江蘇揚州2007)摘要:生物質(zhì)能源是十分重要的可再生能源高效轉(zhuǎn)化利用生物質(zhì)能源對解決能源生態(tài)環(huán)境問題將起到十分積極的作用。世界各國尤其是發(fā)達國家都很重視生物質(zhì)能源的研究與開發(fā)。本文概述了生物質(zhì)能資源的類型和特點以及國內(nèi)外研究和開發(fā)進展并從我國實際情況出發(fā),提出研究開發(fā)前景和建議關(guān)鍵詞:生物質(zhì);能源;研究;應用中圖分類號:TK65文獻標識碼:AResearch and utilization of biomass energyZHI Qian-kun', ZUO Chun-lf, ZHAO Hui-yan', YANG Wen-xue(I Mulan Forestry Management Bureau of Hebei Prorince, Weichang 068450, China2 Yanghou College of Industrial Technology, Yangzhou 225007, China)AMstrad: Bomas is an important part of renewable energy reaource. High eective utilization and development of bioemer has positive effect on soiving energy and envionment protems. In countries wordwide, especially in the develcountries,extra attentions hve been paid to mearch and developmert d biose. In this paper, sorts and characteristics ofbiomss energy resource the progress o research and development in dometic and abad are summarized. Acoording to thesituation in China proposeds on reaearch and development pope are put forwardKry words: biomass energy researth; utilization隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高能源植物種類豐富幅員遼闊有大量荒蕪土地可以種植短缺和環(huán)境污染日益成為困擾人類社會發(fā)展的主要能源作物;我國又是一個農(nóng)業(yè)大國每年至少產(chǎn)生數(shù)問題。按目前技術(shù)水平和2003年的開采量計算石億噸的農(nóng)作物廢棄物。研究發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)油煤炭和天然氣分別可供開發(fā)41年、192年和符合我國資源社會、環(huán)境和諧發(fā)展的戰(zhàn)略需求和目67年。隨著化石能源的無節(jié)制使用,環(huán)境問題變標。得日益嚴重,如全球氣溫變暖、損害臭氧層、破壞生態(tài)圈平衡釋放有害物質(zhì)引起酸雨等。因此開發(fā)1生物質(zhì)能資源的類型和特點和尋找新的替代能源已成為人類社會在21世紀必1.1生物質(zhì)能資源的類型須解決的重大課題生物質(zhì)能源可再生而不會枯竭生物質(zhì)種類繁多是地球上分布最廣泛的物質(zhì),同時起著保護和改善生態(tài)環(huán)境的重要作用,是未來包括水生和陸生生物及其代謝產(chǎn)物但是只有能夠最重要的替代能源之一作為能源用途的生物質(zhì)才屬于生物質(zhì)能資源,其基生物質(zhì)能是世界第四大能源,2004年亞洲、非本條件是資源的可獲得性和可利用性。按原料來源洲的大多數(shù)發(fā)展中國家,生物質(zhì)能的消費中國煤化工3農(nóng)業(yè)生產(chǎn)度棄物,主要能源消費總量的40%以上;美國是工業(yè)化丫材和柴草;③農(nóng)林加工廢耗生物質(zhì)能最多的國家,生物質(zhì)能約占美CNMHG④人畜糞便和生活有機垃量的4%;奧地利瑞典和荷蘭的生物質(zhì)能消費占總圾等;⑤工業(yè)有機廢棄物有機廢水和廢渣等;⑥能能源消費的比重分別為2%、18%和23%口。我國源作物包括所有可作為能源用途的農(nóng)作物、林木和收稿日期:x=01-09:修改稠作者簡介:支范坤(978-),男河北興隆人助理工程師主要從事森林資源調(diào)查及規(guī)劃設計工作第3期支乾坤等:生物質(zhì)能源的利用技術(shù)與開發(fā)對策水生植物資源等揮發(fā)組分,將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成氣體燃料比較容易實現(xiàn);1,2生物質(zhì)能資源的特點⑤生物質(zhì)燃燒后灰分少,并且不易黏結(jié),可以簡化除與化石燃料相比,生物質(zhì)具有以下特點:①生物灰設備;⑥生物質(zhì)能量密度小,重量輕、體積大屬于質(zhì)原料可再生,具有多樣性和廣泛性的特點。地球低品位能源給運輸和保存帶來一定的難度。上每年生長的生物能總量達1400億-180平2生物質(zhì)能源的利用技術(shù)重),相當于目前世界總能耗的10倍資源開發(fā)潛力十分巨大;②生物質(zhì)是低碳燃料,燃用時產(chǎn)生的以前人類對生物質(zhì)能的利用基本上是以直接燃CO2,可被等量生長的植物光合作用所吸收,這就是燒的方式利用它的熱量。直到20世紀,特別是近人們常說的實現(xiàn)溫室氣體的“零”排放,可以緩解日二十年,人們普遍提高了能源與環(huán)保意識,對地益嚴重的“溫室效應”;③生物質(zhì)的SN含量少,從球固有的化石燃料的日趨減少有一種危機感在可而可減少對環(huán)境造成的污染;④生物質(zhì)的揮發(fā)份含再生能源方面尋求能源的持續(xù)供給使生物質(zhì)利用量高,容易燃燒,在400℃左右的溫度下,大部分揮技術(shù)的研究與應用有了快速的發(fā)展。生物質(zhì)能的利發(fā)分可釋出而煤在800℃時才釋放出3%左右的用技術(shù)如圖1所示匚生物質(zhì)能利用技術(shù)[燃技利生物轉(zhuǎn)化拉術(shù)[熱化學轉(zhuǎn)技[液化技利[有機均玻處理技肉肉肉圖1生物質(zhì)能利用技術(shù)Fig 1 Tbe utilization of biomas energy黑明數(shù)整下4圖2我國南方“豬一沼一果“能源生態(tài)模式示意圖21生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)R2mm的m““噸-M郵山如um直接燃燒是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量所通中國煤化工所的比教早我國廣州能過程。燃燒過程所產(chǎn)生的熱和蒸汽可用CNMHG向需要的地方供熱,如各種規(guī)模的工業(yè)過程田飛v伍八氧和其他適宜條件下,經(jīng)沼熱、煮飯以及家庭供暖等。對城市來說焚燒不但處氣微生物分解代謝產(chǎn)生的以甲烷和二氧化碳為主體理了垃圾還回收了部分能量,具有較好的發(fā)展前的混合氣體。規(guī)模小的沼氣池可以解決家庭用電景。目前的研究熱點主要集中在提高燃燒效率上,燃氣問題并為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供肥料。大中型沼氣工河北林果研究第22卷程是指單體發(fā)酵容積大于50m3或日產(chǎn)氣量大于5020世紀70年代研究開發(fā)了顆粒成型燃料并研究m3,對于處理農(nóng)業(yè)廢棄物(禽畜糞污等)和城市生活開發(fā)了專門使用顆粒成型燃料的爐灶,用于家庭或污水發(fā)揮很大作用。在我國南方地區(qū)有523萬農(nóng)暖房取暖目前在北美有50萬戶以上家庭使用這種戶用上了“豬-沼-果"能源生態(tài)模式(見圖2)“。專用取暖爐,顆粒成型燃料年產(chǎn)量達萬t1995年23生物質(zhì)氣化技術(shù)hawaij大學和 vermont大學在國家能源部的資助下生物質(zhì)氣化是在不完全燃燒條件下,將生物質(zhì)開展了流化床氣化發(fā)電工作,Hmwu大學建立了日原料加熱,使較高分子量的有機碳氫化合物鏈裂解,處理生物質(zhì)量為100t的工業(yè)化壓力氣化系統(tǒng),ver變成較低分子量的C0H、CH等可燃性氣體在轉(zhuǎn)mom大學建立了生產(chǎn)能力達到200vd的氣化工業(yè)換過程中需要加入氣化劑(空氣氧氣水蒸氣等)。裝置發(fā)電能力為50MW。另外,美國每年以農(nóng)村生氣化產(chǎn)生的可燃氣可廣泛用于炊事、采暖和作物烘物質(zhì)和玉米為原料生產(chǎn)乙醇約450萬t計劃到2010干,還可以用作內(nèi)燃機熱氣機等動力裝置的燃料,年,可再生的生物質(zhì)可提供約5300萬t乙醇。輸出電力或動力。氣化反應器有固定床流化床和奧地利成功地推行建立燃燒木質(zhì)能源的區(qū)域供旋轉(zhuǎn)床3大類,目前的研究熱點主要集中在循環(huán)流電計劃,目前已有八、九十個容量為1-2Mw的區(qū)化末氣化和焦油的催化裂解處理上。域供熱站,年供熱10×10M。瑞典和丹麥正在實24生物質(zhì)熱解技術(shù)行利用生物質(zhì)進行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃,199年瑞與供生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在基本無氧氣(與空氣熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的能源中,26%是生物質(zhì)能隔絕)的情形下,通過熱化學轉(zhuǎn)換生成炭液體和氣日本從20世紀40年代開始了生物質(zhì)成型技術(shù)研體產(chǎn)物的過程。由于目標產(chǎn)品的不同,通過控制反究開發(fā)出單頭、多頭螺桿擠壓成型機,生產(chǎn)棒狀成應條件,生物質(zhì)熱解技術(shù)可以分為干餾制木煤氣、制型燃料,其年生產(chǎn)量達25萬t左右。20世紀70年炭和快速熱解制生物油技術(shù)。生物質(zhì)快速熱解制取代末巴西開始實施大規(guī)模的木薯和甘蔗制乙醉計生物油技術(shù)已成為國內(nèi)外生物質(zhì)能源利用技術(shù)研究劃,全國現(xiàn)有485個乙醇生產(chǎn)廠,年產(chǎn)乙醇137億熱點生物油在升溫速率為100℃5以上時熱解升有400萬輛汽車采用純乙醇燃料。歐洲近年來油的產(chǎn)率可以達到60%以上。大力開發(fā)生物柴油技術(shù)在德國發(fā)展最為迅速已經(jīng)25生物質(zhì)液化技術(shù)形成近百萬噸的生產(chǎn)能力,并制定了面向高業(yè)化應液化是指通過化學方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)用的扶持政策和技術(shù)標準等。美國、新西蘭、日本品的過程。液化技術(shù)主要有間接液化和直接液化兩德國和加拿大等國先后開展了從生物質(zhì)制取液化油類。間接液化就是把生物質(zhì)氣化成氣體后再進一的研究工作將生物質(zhì)粉碎處理后置于反應器內(nèi)經(jīng)步合成反應成為液體產(chǎn)品;或者采用水解法把生物化學反應轉(zhuǎn)化為液化油其發(fā)熱量達35×10/kg質(zhì)中的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為多糖然后再用生物左右用木質(zhì)原料液化的得率為絕干原料的50%以技術(shù)發(fā)酵成為酒精。直接液化是把生物質(zhì)放在高壓上設備中,添加適宜的催化劑在一定的工藝條件下反32我國生物質(zhì)能源的開發(fā)利用口因應制成液化油作為汽車用燃料或進一步分離加我國生物質(zhì)能的應用技術(shù)研究,從“六五”計劃工成化工產(chǎn)品。這類技術(shù)是生物質(zhì)能的研究熱點就開始設立研究課題,進行重點攻關(guān),主要在氣化、3國內(nèi)外生物質(zhì)能源的開發(fā)利用現(xiàn)擾固化熱解和液化等方面開展研究開發(fā)工作。我國經(jīng)過20多年的研究開發(fā)和示范推廣,生物質(zhì)能源的3.1國外生物質(zhì)能源的開發(fā)利用n應用已取得很大的進展目前生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)成為世界重點研究國林科院林化所從20世紀80年代開始研究課飇之一,許多國家都制定了相應開發(fā)研了"稱質(zhì)趙的上吸式氣化爐,已先后在日本的“陽光計劃”美國的“能源農(nóng)場中國煤化工等地建成工業(yè)化裝置,最近色能源工程”和巴西的“酒精能源計劃”等CNMHG氣化系統(tǒng)供鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生美國在生物質(zhì)利用于世界領Nm左右。山東省能源研350多座生物質(zhì)發(fā)電站,主要集中在紙漿紙產(chǎn)品加究所研究開發(fā)了下吸式氣化爐,主要適用硬秸桿類工廠和其他林產(chǎn)品加工廠,據(jù)有關(guān)科學家預測到農(nóng)業(yè)剩余物的氣化從20世紀9年代在農(nóng)村居民2010年生物質(zhì)發(fā)電將達到1300MW裝機容量;在集中居住地區(qū)得到較好的推廣應用。廣州能源研究第3期支乾坤等:生物質(zhì)能源的利用技術(shù)與開發(fā)對策所開發(fā)了外循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化技術(shù),已完成了品擬作為柴油的替代品。目前國內(nèi)最大的發(fā)電能力為5MW的氣化發(fā)電系統(tǒng)。遼寧能源所與意大利合作引進了一套下吸式4我國生物質(zhì)能發(fā)展對策化爐發(fā)電裝置,發(fā)電能力30kW。國內(nèi)有數(shù)十家單4.1加大技術(shù)開發(fā)力度位從事同類技術(shù)的研究開發(fā),目前全國已建立40生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)已有大量研究并取得了一系余個秸桿氣化集中供氣系統(tǒng)氣體熱值一般在4~列成果但對于實現(xiàn)其市場競爭優(yōu)勢還遠遠不夠10MJNm。技術(shù)進步是生產(chǎn)效率提高的前提,是降低生物質(zhì)能我國從20世紀50年代開始了稀酸常壓、稀酸成本和加強市場競爭性的一項重要措施因此要加加壓、濃酸大液比的水解和纖維素酶水解的研究并.大生物質(zhì)能技術(shù)研究。由于生物質(zhì)存在種類復雜多在南岔水解廠建立示范工程主要利用木材加工剩樣分布分散和能量密度低等先天“劣勢”,在開發(fā)高余物制取乙醇和飼料酵母,設計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)品位能源時要比化石燃料復雜如污泥和工業(yè)廢水400億乙醇產(chǎn)生的木質(zhì)素作為生產(chǎn)活性炭的原料。除了采用燃燒技術(shù)和物化轉(zhuǎn)化技術(shù)還要采用生物國內(nèi)還開展了研究生物質(zhì)原料的高壓燕汽爆破預處轉(zhuǎn)化技術(shù),因而需要對一些特殊轉(zhuǎn)化技術(shù)進行深人理技術(shù)纖維素酶制備技術(shù)、大規(guī)模酶降解技術(shù)、戊研究糖己糖同步乙醇發(fā)酵技術(shù)、微生物細胞固定化技術(shù)、42提供政策扶持、法律保證和資金支持在線雜菌防治技術(shù),以及副產(chǎn)品木質(zhì)素的深度加工政策的支持是事物良好發(fā)展的重要外部環(huán)境,利用技術(shù)等,但是這些技術(shù)還處于研究階段?！笆镔|(zhì)能作為目前能源領域的“弱勢產(chǎn)業(yè)”更需要政五"期間開展了用木屑為原料,稀鹽酸水解制備酒策的扶持歐盟15國生物質(zhì)能的發(fā)展關(guān)鍵在于政策精,水解木質(zhì)素制備高吸附能活性炭的研究。乙醇的保證上。生物質(zhì)能發(fā)展具有良好的生態(tài)環(huán)境效燃料生產(chǎn)已接近100萬t,其中甜高梁制取酒精的技益,而化石能源產(chǎn)生嚴重的環(huán)境污染,國家需要加大術(shù)已初步具備商業(yè)化發(fā)展的條件,目前試產(chǎn)規(guī)模已環(huán)境立法使產(chǎn)品造成的生態(tài)環(huán)境效應轉(zhuǎn)化為貨幣達到年產(chǎn)5000t體現(xiàn)到產(chǎn)品價格中去,這將增加生物質(zhì)能源的競爭我國生物柴油的制備技術(shù)開發(fā)始于20世紀90優(yōu)勢。此外,生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)作為新興綠色產(chǎn)業(yè)需要年代末本世紀初得到人們的重視。國內(nèi)許多科研大量資金投入政府在信貸融資等方面都應該給生院所和高校單位在植物油理化特性、酯化工藝、柴油物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造便利條件甚至于政策傾斜添加劑和柴油機燃燒性能等方面開展了初步試驗研43重視多元開發(fā)模式究。中國林科院林化所研究了生物柴油和高附加值生物質(zhì)分布分散,能量密度低運輸、處理等成的化工產(chǎn)品綜合制備技術(shù),使得生物柴油的加工利本高。在能源開發(fā)時應采用多樣化利用模式,對于用不僅技術(shù)上可行,而且經(jīng)濟上能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。農(nóng)村地區(qū)分散現(xiàn)象可以采用沼氣池、生物質(zhì)氣化集另外利用城市垃圾油和其他的廢棄油脂生產(chǎn)生物柴中供氣技術(shù),對于大型污水處理廠等可以采用大型油技術(shù),在國內(nèi)也已經(jīng)開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,在福建已經(jīng)沼氣工程等技術(shù),具體情況需要具體分析;此外在生建立年生產(chǎn)1萬t的生產(chǎn)裝置。北京化工大學研究物質(zhì)能開發(fā)時要利用效益高的成熟技術(shù),對于前景了生物技術(shù)法生成生物柴油技術(shù)建立了200年廣闊、不太成熟、效益不高的技術(shù)要加大研究力度中間試驗設備?？梢赃M行示范。生物質(zhì)能源化利用還將和生物質(zhì)其我國的生物質(zhì)固化技術(shù)開始于1985年,經(jīng)過20他一些用途產(chǎn)生沖突不同用途間的分配量要進行多年的開發(fā)現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)成功的有棒狀和顆客觀分析評價。粒狀成型燃料生產(chǎn)技術(shù),現(xiàn)已達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模,4.4堅持可持續(xù)性發(fā)展主要是利用木屑為原料棒狀成型燃料已經(jīng)到田不當會產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境和社會數(shù)十家生產(chǎn)企業(yè)。顆粒成型燃料的研究開中國煤化工大量離開農(nóng)田系統(tǒng),土壤肥較好的進展CNMHG會不斷退化如果沒有其他生物質(zhì)快速熱解制備生物油技術(shù)的研不可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)因而秸5年也已經(jīng)開始進行,但是目前仍然是實驗室研究。稈可離開農(nóng)田量或者秸稈離開農(nóng)田,社會經(jīng)濟系統(tǒng)研究的生物質(zhì)液體轉(zhuǎn)化率只有50%左右,快速熱解如何回補農(nóng)田系統(tǒng),這些過程機理都需要深入研究溫度600℃,液體油的熱值為22000J/kg左右,產(chǎn)對于能源作物,不同品種的耗水特性、生態(tài)適宜性以河北林果研究第22卷及與糧食安全的關(guān)系等等這些生態(tài)、社會問題都需電力,200,05):10-16要進行深入細致研究。只有這樣才能夠避免生物質(zhì)15)看金方應香工業(yè)木質(zhì)素的熱裂解試驗研究門農(nóng)業(yè)工學能開發(fā)過程中引發(fā)出其他生態(tài)環(huán)境和社會問題,從面使生物質(zhì)能的開發(fā)處于一種可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)[6]李景明生物質(zhì)能現(xiàn)狀與發(fā)展[知識就是力量200,(11)147]石元春發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)[EONJ.Mp:ww,c,c,ahmyDn2060v0w5216.hm,2006-03-02隨著全球能源危機不斷出現(xiàn),以及化石能源大[8孫孝仁、2世紀世界能原發(fā)展前錄{.中國能源x01,(2):19量使用產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題,使得環(huán)境友好、資源豐[9]曾胡王革華世界主要發(fā)展生物質(zhì)能國家的日的與舉措富的生物質(zhì)能成為能源和生態(tài)環(huán)境領域研究的重點。在生物質(zhì)能的開發(fā)過程中應加大技術(shù)研發(fā)政[0]周中仁是文良生物質(zhì)能研究現(xiàn)狀及展望]農(nóng)業(yè)工程學報策扶持法律保證、資金支持、開發(fā)模式和可持續(xù)評20,2(12):12-15價等方面的研究。在能源生態(tài)環(huán)境和發(fā)展經(jīng)濟三 Chmg J. Denis Y CLam% Wu CZ. A review an the mergy proka大要素拉動下,生物質(zhì)能在不遠的將來一定會走向tion,omssmmptiom, a popet denery in China[刀B能源的主流舞臺為解決能源短缺生態(tài)環(huán)境惡化和(1】)蔣劍春生物質(zhì)能應用研究現(xiàn)狀與發(fā)展前聚門林產(chǎn)化學與農(nóng)民增收等問題做出巨大貢獻。工業(yè),20,2(2):75-80[13]蔣劍春,應中國林業(yè)生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化趨勢爭考文獻:[刀]林產(chǎn)化學與工業(yè),2065,25增刊):5-9[1] Thams Kornfeld, Zofia Lublin, Era Anterohswd[4】周策秋馬龍李海濱等中國稻殼資源狀況及其氣化燃燒200[R]. Swedish Energy Arney Ablicetian,2004發(fā)電剪景[可再生能源,204,(6):7-12]張無敵宋洪川孫世中等生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)與前景[]新[15】朱俊生中國新能源和可再生能源發(fā)展狀況[門可再生能源,能源,200,2(1):16-202003,(2):3-83]袁振宏吳創(chuàng)之生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)[M]北京:化學工業(yè)出版社,200(編輯郭麗娟)[4]宋鴻偉郭民臣生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)發(fā)展狀況的綜述[刀]現(xiàn)代中國煤化工CNMHG