1、生物质能应用技术的展望 我国生物质的固化技术在八十年代中期开始，现已达到工业化规模生产。目前国内有数十家工厂，用木屑为原料生产棒状成型物木炭。螺旋挤压成型机有单头和双头二种，单头机生产能力为 120Kg/hr，双头机生产能力达 200Kg/hr。 1990 年中国林科院林化所与江苏省东海粮机厂合作，研究开发生产了单头和双头二种型号的棒状成型机， 1998 年又与江苏正昌集团合作，共同开发了内压滚筒式颗粒成型机，机器生产能力为 250300kg/hr，生产的颗粒成型燃料尤其适用于家庭或暖房取暖使用。 南京市平亚取暖器材有限公司，从美国引进适用于家庭使用的取暖炉，通过国内消化吸收，现已形成生产规模
2、。 生物发酵制气技术，在我国已经形成工业化，技术亦趋成熟，利用的原料主要是动物粪便和高浓度的有机废水。在上海亦已建成沼气集中供气系统。 沈阳农业大学从国外引进一套流化床快速热解试验装置，研究开发液化油的技术，和利用发酵技术制取乙醇试验。另外，中国林科院林化所进行了生物质催化气化技术研究。华东理工大学还开展了生物质酸水解制取乙醇的试验研究，但尚未达到工业化生产。 3、我国生物质能应用技术的展望 生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的 40%来自生物质能，我国农村能源的 70%是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达 6 亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，
3、环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。 目前，我国已有一批长期从事生物质转换技术研究开发的科技人员，已经初步形成具有中国特色的生物质能研究开发体系，对生物质转化利用技术从理论上和实践上进行了广泛的研究，完成 一批具有较高水平的研究成果，部分技术已形成产业化，为今后进一步研究开发，打下了良好的基础。 从国外生物质能利用技术的研究开发现状结合我国现有技术水平和实际情况来看，本人认为我国生物质能应用技术将主要在以下几方面发展。 3.1 高效直接燃烧技术和设备 我国有 12 亿多人口，绝大多数居
4、住在广大的乡村和小城镇。其生活用能的主要方式仍然是直接燃烧。剩余物秸杆、稻草松散型物料，是农村居民的主要能源，开发研究高效的燃烧炉，提高使用热效率，仍将是应予解决的重要问题。乡镇企业的快速兴起，不仅带动农村经济的发展，而 且加速化石能源，尤其是煤的消费，因此开发改造乡镇企业用煤设备（如锅炉等），用生物质替代燃煤在今后的研究开发中应占有一席之地。 把松散的农林剩余物进行粉碎分级处理后，加工成型为定型的燃料，结合专用技术和设备的开发，在我国将会有较大的市场前景，家庭和暧房取暧用的颗粒成型燃料，推广应用工作，将会是生物质成型燃料的研究开发之热点。 3.2 集约化综合开发利用 生物质能尤其是薪材不仅是
5、很好的能源，而且可以用来制造出木炭、活性炭、木醋液等化工原料。大量速生薪炭材基地的建设，为工业化综合开发利用木质能源提供了丰富的 原料。由于我国经济不断发展，促进了农村分散居民逐步向城镇集中，为集中供气，提高用能效率提供了现实的可能性。将来应根据集中居住人口的多少，建立能源工厂，把生物质能进行化学转换，产生的气体收集净化后，输送到居民家中作燃料，提高使用热效率和居民生活水平。这种生物质能的集约化综合开发利用，既可以解决居民用能问题，又可通过工厂的化工产品生产创造良好的经济效益，也为农村剩余劳动力提供就业机会。因此，从生态环境和能源利用角度出发，建立能源材基地，实施 “林能 ”结合工程，是切实可
6、行的发展方向。 农村有着丰富的秸杆资源， 大量秸杆被废弃和田间直接燃烧，既造成大量的生物质能的浪费，也给大气带来了严重的污染。因此，用可再生的生物质能高效转化在将来会有较好的发展前景。 3.3 生物质能的创新高效开发利用 随着科学技术的高速发展，生物质能的发展将依赖创新技术来实现更大的发展。生物质能新技术的研究开发如生物技术高效低成本转化应用研究，常压快速液化制取液化油，催化化学转化技术的研究，以及生物质能转化设备如流化床技术等是研究热点，一旦获得突破性进展，将会大大促进生物质能开发应用。 3.4 城市生活垃圾的开发利用 生活垃圾数量以 每年 8%10%的快速递增，工业化开发利用垃圾来发电，焚
7、烧集中供热或气化产生煤气供居民使用，有很大的发展潜力。 3.5 能源植物的开发 大力发展能生产 “绿色石油 ”的各类植物，如油棕榈、木戟科植物等，为生物质能利用提供丰富的优质资源。 4、建议 4.1 生物质能应用技术的研究开发，在现阶段主要是从生态环境、环境保护的角度出发，从中长期来看，将要弥补资源有限性的不足。因此，生物质能源的开发利用，其社会效益远远大于经济效益。在目前发展阶段，需要国家的政策扶持和财力支撑。应制订相关政策，鼓励和支持，企业投资 生物质能源开发项目。 4.2 我国有丰富的生物质资源，但我国的国情是人口众多，人均资源相对偏少，因此，在生物质的应用技术发展方向上，应结合我国分散
8、的能源系统，以满足农村乡、镇、村不断增长的能量需求，重点解决居民生活用能，减少对化石能源尤其是煤炭的使用。在经济条件较发达的乡村地区，大力推广木煤气气化系统。在城市推广颗粒成型燃料及专用取暧炉，取代煤炉取暧和小型锅炉。 4.3 加强基础和应用研究。在生物质能化学转换中催化降解、直接和间接液化机理，高产生物能基因及其变异性规律，生物转化微生物 “杂交 ”等基础理论和应用 研究。国家在科研项目的安排方面，要注重给生物质能应用研究的发展方面留有一定的空间。 4.4 我国已发展薪炭林 540 万公顷，年生长量约达 1.8 亿吨，计划到 2010 年，薪炭林达到 860万公顷。同时，山区大量发展的经济林
9、果壳。利用这些林业资源，建立能源工厂，将这些生物质热解处理，气体作为民用煤气，热解的固体木炭进一步加工成活性炭作为化工产品，创造经济效益。既解决部分农村缺少能源的矛盾，又为农村劳动力创造就业机会，促进山区农村的发展。前期选择合适的地区 ，建立生物质综合利用 “林能结合 ”示范能源工厂系统，然后推广应用。 4.5 加强生物质的国际交流合作，引进国外先进的生物质应用技术和设备，加快我国生物质开发应用的步伐，建立符合中国国情的生物质能开发利用结构体系。 各种利用方式的总体效率 假设生物质能源利用过程中 CO2 的净排放为零，而运输和预处理过程由于使用矿物燃料而排放 CO2。所以，不同的利用方式，效率
10、不同，预处理过程不同，得到同样可用能而对减少 CO2 排放的作用就不同。 1 直接燃烧 我国是农业大国，在农村能源消费结构中，生物质 能约占生活用能的 70，占整个用能的 50，但生物质的利用仍以直接燃烧的柴灶为主，这种方式效率很低，只有 15左右。生物质工业锅炉的设计效率虽然也能达到矿物燃料的水平，但实际运行中的效率却并不理想。所以，应尽量推广更先进的生物质利用技术。 2 气化供气、燃烧 随着人民生活水平的提高，许多城镇和农村开 始使用煤气。而利用石油裂解气或优质煤为气化原料，生产成本相当高。生物质的特点，使其特别适于作气化的原料，利用气化炉，将生物质通过热化学转换变为可燃气体，作为生活煤气
11、或锅炉燃料与煤混烧，可节约大量优质矿物燃料。图 2 为生物质气化集中供气示意图。 图 2 生物质气化集中供气示意图 下吸式气化炉已成功地用于农村供 气系统，利用当地的农作物废弃物，如玉米秆、麦杆、稻壳等为原料，气化后的燃气作为当地居民生活用气。气体热值 5.2MJ m3，气化效率 70以上，煤气炉灶的燃烧效率为 50，系统效率约 35 2。 中科院广州能源所研制的以 O2 为气化介质，采用 CFBG 技术的中热值煤气系统，产生的煤气热值在 10 12MJ m3 之间，气化效率在 70以上 3，总体效率在 40左右。 循环流化床木粉气化炉，以燃气做锅炉燃料，气化热效率约 95，燃气在锅炉中的燃烧
12、效率在 95以上，燃烧总效率为 90左右。 3 气化发电（中小 型） 中小型气化发电系统包括气化、除尘、除焦、发电几部分，如图 3 所示。按国内目前气化发电技术水平，小型气化发电系统（ 2.5kW）的有效热效率为 11.6； 60 200kW稻壳气化发电系统，系统效率为 12；中等规模气化发电系统（ 1MW），利用循环流化床技术，系统效率可达 17左右 4。虽然气化发电的系统效率较低，但产生的是高品位的电能，可用性高。 图 3 1MW 生物质气化发电系统示意图 4 生物质 IGCC 技术 IGCC 即气化联合循环发电系统，适合于大规模处理农业或森林生物质，流程如图 4 所示，该系统具有处理容量
13、大，自动化程度高，系统效率高等优点，较适合工业化生产。常压的 IGCC 系统，系统效率可达 35 45。 图 4 生物质 IGCC 示意图 生物质原料主要包括淀粉和木质纤维素两大 类。对于木质纤维素原料而言 ,其主要成分是纤 维素、半纤维素和木质素。其中纤维素和半纤维 素降解后生成的己糖和戊糖 ,可被微生物利用 ,转 化成乙醇、丙酮、丁醇、丁二醇等液体燃料和化工 原料 ;也可作为有机酸如柠檬酸、乳酸的发酵原 料。木质素的单体为苯丙烷衍生物 ,可进一步转 化为其他化工产品。天然纤维素原料的生物转化 的化工产品如图 1 所示。 3.3 生物转化过程集成化和生物质资源的综合 利用 生物质转化产品的过
14、程中 ,一般需要许多个 生产环节 ,才能得到目的产品。生物转化过程集 成化技术就是要将反应或分离步骤中的不同方法 集成在一个反应器或一个工艺步骤中 ,简化工艺 流程、提高生产效率 14 。目前 ,生物转化过程集 成化技术的主要研究内容包括 :1)同步糖化水解 发酵的集成 ;2)构建有集成趋势的新菌种 ;3)生 物反应与分离过程的集成 ;4)生物反应与过程模 型化和控制的集成。 在生物质的生物转化过程中 ,往往只注重开 发主发酵产品 ,而忽略了发酵过程的副产物的利 用 ,如果能将这些副产物加工成高附加值产品出 售 ,将显著提高整个发酵生产的经济效益。以秸 秆的生物转化为例 ,经过蒸汽爆破预处理 ,溶于水 洗液中的半纤维素可用来制取低聚木糖 ,得到的 纤维素经过疏分机分级 ,长纤维用来造纸 ,短纤维 用来发酵 ,发酵剩余物还可进一步转化为生物油 燃料和纳米二氧化硅。图 2 为生物质汽爆分级后 的综合利用示意图。
