我國生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀、開發(fā)意義及發(fā)展趨勢
2018-06-20 13:54:47
摘要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的能源消耗與日俱增?，F(xiàn)在，我國能源年消耗量占世界能總消耗量的20%以上，而且呈現(xiàn)上升的態(tài)勢。
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的能源消耗與日俱增。現(xiàn)在，我國能源年消耗量占世界能總消耗量的20%以上，而且呈現(xiàn)上升的態(tài)勢。我國生物多樣性豐富，據(jù)調(diào)查，我國有油料植物為151科697屬1554種，其中種子含油量大于40%的植物有154種。且我國的可開發(fā)生物質(zhì)資源總量為7t左右標準煤，其中農(nóng)作物秸稈約3.5億t，占50%以上。因此，加大生物質(zhì)能源的開發(fā)利用，進行農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)掘利用，不僅可解決農(nóng)民的增收和“三農(nóng)”問題，還可解決目前中國面臨的能源短缺、環(huán)境污染、食品安全等重大社會經(jīng)濟問題。
一、生物質(zhì)能源的利用現(xiàn)狀
1、直接燃燒
直接燃燒主要包括爐灶燃燒、焚燒垃圾、鍋爐燃燒壓縮成型燃料、聯(lián)合燃燒。爐灶燃燒是傳統(tǒng)的用能方式，因其效率低而在逐漸被淘汰。焚燒垃圾是鍋爐在800℃-1000℃高溫下燃燒垃圾可燃組分，將釋放的熱量來供熱或發(fā)電。
壓縮成型燃料燃燒是先將生物質(zhì)壓縮成密度大的性能接近煤的物質(zhì)，再將其燃燒發(fā)電，因其排放的污染尾氣小而發(fā)展前景良好。聯(lián)合燃燒是將生物質(zhì)摻入燃煤中燃燒發(fā)電，此法可減少SO2、NO2等污染氣體的排放。
2、物化轉(zhuǎn)化
物化轉(zhuǎn)化主要包括干餾技術、生物質(zhì)氣化技術及熱裂解技術等。干餾是把生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成熱值較高的可燃氣、固定碳、木焦油及木醋液等物質(zhì)?？扇細夂淄椤⒁彝?、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，可做生活燃氣或工業(yè)用氣，木焦油是國際緊俏產(chǎn)品，木醋液可形成多種化工產(chǎn)品。
生物質(zhì)氣化是在高溫條件下，利用部分氧化法，使有機物轉(zhuǎn)化成可燃氣體的過程。產(chǎn)生的氣體可直接作為燃料，用于發(fā)動機、鍋爐、民用爐灶等場合。
3、生化轉(zhuǎn)化
生化轉(zhuǎn)化主要包括厭氧消化技術和酶技術。厭氧消化是利用厭氧微生物在缺氧的情況下將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CH4、CO等可燃氣體。同時得到效果很好的可用作農(nóng)田的肥料的厭氧發(fā)酵殘留物。酶技術是利用微生物體內(nèi)的酶分解生物質(zhì)，生產(chǎn)液體燃料，如乙醇、甲醇等。
二、生物質(zhì)能源的利用技術
1、沼氣發(fā)酵技術
沼氣發(fā)酵是有機物質(zhì)在一定溫度、濕度、酸堿度和厭氧條件下，經(jīng)過沼氣菌群消化的過程。沼氣發(fā)酵可生產(chǎn)沼氣作為能源，又可處理有機廢物以保護環(huán)境，經(jīng)沼氣發(fā)酵后的沼渣、沼氣液是優(yōu)化的有機肥料。
圖1、沼氣發(fā)酵示意圖
近年來，我國政府又加大了對農(nóng)村沼氣建設的力度并投入了巨大的人力和財力以及出臺了相關的政策給予強有機的支持。目前，我國已經(jīng)掌握了畜禽糞便、工業(yè)有機廢水等有機廢棄物的厭氧消化技術，具備了沼氣大規(guī)模開發(fā)利用的技術、裝備和施工能力。
2、燃料乙醇技術
燃料乙醇主要是以糖類、淀粉和纖維素為原料經(jīng)過發(fā)酵工藝而得到。由于其產(chǎn)量收到糧食資源的限制，成本高，難以形成大規(guī)模生產(chǎn)，因而長遠考慮必須尋找豐富且廉價的原料來源。由于纖維質(zhì)原料非常豐富且成本較低，因此這方面的研究主要是集中在纖維素方面。
3、生物柴油
生物柴油的生產(chǎn)是指將植物油、動物油脂、廢食用油以及油料作物等為原料，在以甲醇或乙醇為催化劑作用下，將溫度加熱到230-250℃下進行酯化反應，生辰生物柴油的過程。
近幾年來，我國在生物柴油研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面也取得了很大的進展。目前，我國已可以利用菜籽油、大豆油、米糠下腳料等為原料生產(chǎn)生物柴油。生物柴油具有對環(huán)境友好、不容易意外失火、儲運和使用方便等優(yōu)點，是一種值得大力開發(fā)和利用的新型能源。
4、生物質(zhì)固化成型技術
生物質(zhì)固化技術是指在高壓或高溫高壓下通過生物質(zhì)中木質(zhì)素的塑化黏合，把原來疏松的生物質(zhì)壓縮成密度極高的高品質(zhì)成型燃料，以便儲運和高效率燃燒的技術。
我國用于生物質(zhì)成型燃料的原料大部分是農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)生物質(zhì)資源等。其中，秸稈是固體成型燃料原料的主要來源。我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，每年秸稈理論資源約為8.2億t，約折合4.1億t標準煤，為達到生物質(zhì)成型燃料成為普遍使用的優(yōu)質(zhì)燃料的目標，我國將加大力度開發(fā)，并高效、合理地利用生物質(zhì)能。
5、生物質(zhì)發(fā)電技術
目前，利用生物質(zhì)發(fā)電主要有3中形式：生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電、沼氣發(fā)電和生物質(zhì)氣化發(fā)電。據(jù)世界自然基金會發(fā)表的最新報告稱，到2020年工業(yè)發(fā)達國家15%的電力將來自生物質(zhì)能發(fā)電。
根據(jù)《可再生能源“十一五”規(guī)劃》要求，到2020年，生物質(zhì)發(fā)電總裝機容量達到3.0×107kW時，可替代化石能源將超過6萬t標準煤。這足以說明，在不就得將來，生物質(zhì)發(fā)電在整個發(fā)電產(chǎn)業(yè)中將扮演越來越重要的角色。
三、開發(fā)生物質(zhì)能源的重要意義
1、解決“三農(nóng)”問題
“三農(nóng)”問題是我國社會經(jīng)濟生活中急需解決的一大問題，也是我國能否實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和全面建設小康社會的關鍵性問題。促進生物質(zhì)能的開發(fā)利用不但有利于加快新農(nóng)村特別是貧困地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)的發(fā)展，而且有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會和環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展。
由于我國農(nóng)村人口眾多，生物質(zhì)資源不集中且資源浪費嚴重，因此大力發(fā)展沼氣池、生物質(zhì)成型燃料、生物液體燃料以及生物質(zhì)發(fā)電等生物質(zhì)能技術，不但能解決農(nóng)村資源的浪費以及資源利用效率低等問題，而且有利于改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生和居住區(qū)生活條件。
未來能源林業(yè)和能源農(nóng)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，還將增加農(nóng)村就業(yè)機會，提高農(nóng)民收入，推動農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設，振興農(nóng)村經(jīng)濟。
2、減少環(huán)境污染、保護生態(tài)環(huán)境
在我國各種主要的能源當中，煤炭占據(jù)著主導地位，同時，煤炭的大量使用也給當?shù)?、地區(qū)和全球的環(huán)境造成了嚴重的污染。目前，我國溫室氣體(GHG)的排放已經(jīng)超過了世界排放量要求的13%。
根據(jù)世界銀行公布的數(shù)據(jù)，預計到2020年我國的GHG排放有可能占到世界排放總量的20%。通過開發(fā)和使用生物質(zhì)能替代化石能源，減少溫室氣體排放，從根本上解決農(nóng)村普遍存在的“畜牧公害”和“秸稈問題”，是我國發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的長期目標。
表1、我國生物質(zhì)能應用規(guī)模與發(fā)展目標
3、保證國家能源安全
傳統(tǒng)的礦物質(zhì)能源是當今社會發(fā)展和進步的發(fā)動機，目前全球總能耗的75%來自煤炭、石油、天然氣等。但是，礦物能源是有限的。據(jù)統(tǒng)計，全球化石能源的枯竭將不可避免，其峰值將出現(xiàn)在2020-2030年，并在21世紀開采殆盡（如表2所示）。
預計2020年能源消費量將達到30億t標準煤以上，到2050年可能要達到50億t標準煤以上。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能已成為解決我國能源問題的戰(zhàn)略選擇。
表2、世界能源擁有量及可利用情況
四、生物質(zhì)能利用的發(fā)展趨勢
生物質(zhì)能源是重要的可再生能源，目前，世界能源消費的40%來自生物質(zhì)能源。我國是一個傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，擁有豐富的生物質(zhì)能資源。
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，環(huán)境保護意識的增強及對生態(tài)時尚“三生態(tài)”的不斷追求，化石能源逐漸枯竭，對包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生資源的合理、高效地開發(fā)利用，必然將愈來愈受到各國政府和科學家的高度重視。（來源：能源日參）
