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particulate matter hydrocarbon
26
生物柴油的缺点
• 热值比石化柴油低 • 低温流动性差 • 增加了NOx的释放 • 可降解或软化某些橡胶化合物 • 与某些金属（铜、铅、锡、锌）和塑料（聚
乙烯、聚丙烯）不兼容
27
2.3 世界生物柴油的发展
1991-2005年世界生物柴油的产量变化
能源安全成为各国关注的问题
伊拉克战火炸 毁了输油管
5
使用化石能源导致全球气候变化
2005年有8个台风登陆 我国，海棠、麦莎、 泰利、卡努、达维和 龙王均在12级以上
Hurricane Katrina, late August 2005
6
世界各国二氧化碳排放量：1950 年 至今的总排放量
7
可再生能源是未来发展的重点
48
2005年燃料乙醇生产前五强
国家 巴西 美国 中国 欧盟 印度
产量（亿升） 165 162 20 9.5 3.0
49
2006年美国乙醇工厂分布
50
2006年燃料乙醇与汽油的价格比
51
不同原料的乙醇产量
52
第四节 其它生物能源
• 4.1 氢能源 • 氢是一种理想的清洁能源， “零排放” • 以水的形式存在，储量十分丰富 • 氢气的热值高，约是汽油的2.68 倍 • 氢能制备工艺：矿石燃料制氢（96%）、电解制
生物能源
曹毅 四川大学
1
主要内容
• 第一节 生物质和生物能源 • 第二节 生物柴油 • 第三节 燃料乙醇 • 第四节 其它生物能源 • 第五节 我国生物能源的现状和未来发展
2
第一节 生物质和生物能源
3
1.1 世界能源概况
化石能源是主流， 但仅能支撑300年
的大规模开采
世界能源消耗趋势1970-2025 4
16
1.3 生物炼制——biorefinery
• 生物炼制是指将生物质 转化为具有附加值产品 的过程。这些产品主要 包括生物材料、乙醇、 燃气、化工和其它材料 生产的关键中间体等。
• 生物炼制基于机械、化 学和生物化学过程的技 术平台。
17
生物炼制——生物质的转化
18
第二节 生物柴油
• 生物柴油（Biodiesel）， 又称脂肪酸甲酯，是以 植物油、动物脂肪、或 废弃的食用油等作原料， 与低碳醇类（甲醇、乙 醇）经酯交换反应获得。
28
2005年生物柴油生产前五强
国家 德国 法国 美国 意大利 澳大利亚
产量（亿升） 19.2 5.11 2.9 2.27 0.83
29
美国生物柴油加工厂的分布
30
生物柴油发展的瓶颈是原料成本
2006年生物柴油与石化柴油的价格对比
31
选择合适的原料是关键
不同原料的生物燃料产量
32
第三节 燃料乙醇
等有机物，主产物是甲烷
10
世界生物能源现状
• 巴西和美国在燃料乙醇上处于领先：巴西 （甘蔗）和美国（谷物）2005年的燃料乙醇 产量分别为165和162亿升。
• 欧盟在生物柴油上处于领先：德国、法国、 意大利等国已经在公交车领域使用生物柴油。 欧盟以油菜为原料，2001年生物柴油的产量 超过100万吨，计划到2010年至少生产600万 吨，占欧盟全部燃料的2％。
19
2.1 生物柴油的生产路线
20
脂交换法
价格低 产率高 可循环利用
菜籽油 麻风树油
豆油 棕榈油
废油 微藻，微
生物
21
各种生物柴油原料的组成
Perfect
22
生物柴油产业链
脂肪酸甲酯 甘油
生物柴油（20%）
表面活性剂 增塑剂 润滑剂 等
1，2－丙二醇 聚酯
丁二酸 等
23
2.2 生物柴油的性质
40
木质纤维素的组成和结构
41
生物质从田间到生物炼制厂
42
纤维素法制乙醇的关键问题
• 原料的来源和价格
• 木质纤维素的水解
– 纤维素酶水解效率低、价格高 – 半纤维素酶制剂的开发落后
• 5C糖的发酵
43
44
45
46
47
3.3 世界燃料乙醇的发展
1975-2005年世界燃料乙醇的产量变化
依赖自然 条件
可再生、环 保、地域限
制小
ห้องสมุดไป่ตู้
高技术、危 险系数高
8
1.2 生物质和生物能
• 生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，人们常将生物质 所含有的能量简称为生物能。
• 生物质是以C、H为基本组成的有机化合物，生物能属于化学能。 • 能源特征：洁净性、低能源品位、分散性
9
生物能源的主要形式
• 薪柴：直接燃烧，热效率低 • 生物质发电 • 燃料乙醇：粮食或纤维素发酵 • 生物柴油：生物油脂进行酯交换反应 • 生物油和合成气：生物质热化学转化 • 生物制氢：微生物发酵生物质制氢气 • 沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便
• 乙醇是一种重要的工业原料 • 能源特点：燃烧值较高，清
洁，环保，安全，可再生， 适用于汽油发动机等 • 1907年，福特制造出世界上 第一台燃烧纯乙醇的发动机
33
3.1 谷物发酵法生产燃料乙醇
• 技术工艺已经成熟：原 料的前处理，菌种培育， 发酵，乙醇的浓缩。
• 粮食供应和降低原料成 本是关键
• Biobased Transportation Fuels：从2001年占总消耗能 源的0.5%，到2010年增加到4%，2020年的10%， 2030年的20%。
• Biobased Products：从2001年的12.5 billion pounds， 总量的5%，到2010年增加到12%，2020年的18%， 2030年的25%。
34
湿 磨 增 效 路 径 图
35
干 磨 增 效 路 径 图
36
3.2 纤维素法是未来的趋势
37
纤维 素法 制乙 醇的 主要 过程
38
木质纤维素原料来源丰富价格低廉
速生草
秸秆
木屑
废纸
甘蔗
39
木质纤维素的组成和结构
酚类 15-25%
6C糖均聚物 38-50%
5C、6C糖聚合物 23-32%
生物柴油与NO.2柴油性质的比较 24
生物柴油的优点
• 原料来源广泛 • 可再生性 • 可作为柴油代用品 • 可用于现有石化柴油设备（或仅做微调） • 可减少温室气体的释放 • 可减少车辆尾气释放，减小环境污染 • 可得到经济价值较高的副产品甘油 • 贮存、运输和使用都很安全
25
使用生物柴油可显著降低尾气排放
11
美国当前的能源结构
12
美国把生物能源摆在重要位置
美国能源部和农业 部联合提出《生物
质技术路线图》
13
美国生物质计划的任务
14
美 国 生 物 质 计 划 体 系
15
美国生物能源的发展目标
• Biopower：到2030年之间每年增加2%。2010年达 到总能源的4%，2020年达到5%。
26
生物柴油的缺点
• 热值比石化柴油低 • 低温流动性差 • 增加了NOx的释放 • 可降解或软化某些橡胶化合物 • 与某些金属（铜、铅、锡、锌）和塑料（聚
乙烯、聚丙烯）不兼容
27
2.3 世界生物柴油的发展
1991-2005年世界生物柴油的产量变化
能源安全成为各国关注的问题
伊拉克战火炸 毁了输油管
5
使用化石能源导致全球气候变化
2005年有8个台风登陆 我国，海棠、麦莎、 泰利、卡努、达维和 龙王均在12级以上
Hurricane Katrina, late August 2005
6
世界各国二氧化碳排放量：1950 年 至今的总排放量
7
可再生能源是未来发展的重点
48
2005年燃料乙醇生产前五强
国家 巴西 美国 中国 欧盟 印度
产量（亿升） 165 162 20 9.5 3.0
49
2006年美国乙醇工厂分布
50
2006年燃料乙醇与汽油的价格比
51
不同原料的乙醇产量
52
第四节 其它生物能源
• 4.1 氢能源 • 氢是一种理想的清洁能源， “零排放” • 以水的形式存在，储量十分丰富 • 氢气的热值高，约是汽油的2.68 倍 • 氢能制备工艺：矿石燃料制氢（96%）、电解制
生物能源
曹毅 四川大学
1
主要内容
• 第一节 生物质和生物能源 • 第二节 生物柴油 • 第三节 燃料乙醇 • 第四节 其它生物能源 • 第五节 我国生物能源的现状和未来发展
2
第一节 生物质和生物能源
3
1.1 世界能源概况
化石能源是主流， 但仅能支撑300年
的大规模开采
世界能源消耗趋势1970-2025 4
16
1.3 生物炼制——biorefinery
• 生物炼制是指将生物质 转化为具有附加值产品 的过程。这些产品主要 包括生物材料、乙醇、 燃气、化工和其它材料 生产的关键中间体等。
• 生物炼制基于机械、化 学和生物化学过程的技 术平台。
17
生物炼制——生物质的转化
18
第二节 生物柴油
• 生物柴油（Biodiesel）， 又称脂肪酸甲酯，是以 植物油、动物脂肪、或 废弃的食用油等作原料， 与低碳醇类（甲醇、乙 醇）经酯交换反应获得。
28
2005年生物柴油生产前五强
国家 德国 法国 美国 意大利 澳大利亚
产量（亿升） 19.2 5.11 2.9 2.27 0.83
29
美国生物柴油加工厂的分布
30
生物柴油发展的瓶颈是原料成本
2006年生物柴油与石化柴油的价格对比
31
选择合适的原料是关键
不同原料的生物燃料产量
32
第三节 燃料乙醇
等有机物，主产物是甲烷
10
世界生物能源现状
• 巴西和美国在燃料乙醇上处于领先：巴西 （甘蔗）和美国（谷物）2005年的燃料乙醇 产量分别为165和162亿升。
• 欧盟在生物柴油上处于领先：德国、法国、 意大利等国已经在公交车领域使用生物柴油。 欧盟以油菜为原料，2001年生物柴油的产量 超过100万吨，计划到2010年至少生产600万 吨，占欧盟全部燃料的2％。
19
2.1 生物柴油的生产路线
20
脂交换法
价格低 产率高 可循环利用
菜籽油 麻风树油
豆油 棕榈油
废油 微藻，微
生物
21
各种生物柴油原料的组成
Perfect
22
生物柴油产业链
脂肪酸甲酯 甘油
生物柴油（20%）
表面活性剂 增塑剂 润滑剂 等
1，2－丙二醇 聚酯
丁二酸 等
23
2.2 生物柴油的性质
40
木质纤维素的组成和结构
41
生物质从田间到生物炼制厂
42
纤维素法制乙醇的关键问题
• 原料的来源和价格
• 木质纤维素的水解
– 纤维素酶水解效率低、价格高 – 半纤维素酶制剂的开发落后
• 5C糖的发酵
43
44
45
46
47
3.3 世界燃料乙醇的发展
1975-2005年世界燃料乙醇的产量变化
依赖自然 条件
可再生、环 保、地域限
制小
ห้องสมุดไป่ตู้
高技术、危 险系数高
8
1.2 生物质和生物能
• 生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，人们常将生物质 所含有的能量简称为生物能。
• 生物质是以C、H为基本组成的有机化合物，生物能属于化学能。 • 能源特征：洁净性、低能源品位、分散性
9
生物能源的主要形式
• 薪柴：直接燃烧，热效率低 • 生物质发电 • 燃料乙醇：粮食或纤维素发酵 • 生物柴油：生物油脂进行酯交换反应 • 生物油和合成气：生物质热化学转化 • 生物制氢：微生物发酵生物质制氢气 • 沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便
• 乙醇是一种重要的工业原料 • 能源特点：燃烧值较高，清
洁，环保，安全，可再生， 适用于汽油发动机等 • 1907年，福特制造出世界上 第一台燃烧纯乙醇的发动机
33
3.1 谷物发酵法生产燃料乙醇
• 技术工艺已经成熟：原 料的前处理，菌种培育， 发酵，乙醇的浓缩。
• 粮食供应和降低原料成 本是关键
• Biobased Transportation Fuels：从2001年占总消耗能 源的0.5%，到2010年增加到4%，2020年的10%， 2030年的20%。
• Biobased Products：从2001年的12.5 billion pounds， 总量的5%，到2010年增加到12%，2020年的18%， 2030年的25%。
34
湿 磨 增 效 路 径 图
35
干 磨 增 效 路 径 图
36
3.2 纤维素法是未来的趋势
37
纤维 素法 制乙 醇的 主要 过程
38
木质纤维素原料来源丰富价格低廉
速生草
秸秆
木屑
废纸
甘蔗
39
木质纤维素的组成和结构
酚类 15-25%
6C糖均聚物 38-50%
5C、6C糖聚合物 23-32%
生物柴油与NO.2柴油性质的比较 24
生物柴油的优点
• 原料来源广泛 • 可再生性 • 可作为柴油代用品 • 可用于现有石化柴油设备（或仅做微调） • 可减少温室气体的释放 • 可减少车辆尾气释放，减小环境污染 • 可得到经济价值较高的副产品甘油 • 贮存、运输和使用都很安全
25
使用生物柴油可显著降低尾气排放
11
美国当前的能源结构
12
美国把生物能源摆在重要位置
美国能源部和农业 部联合提出《生物
质技术路线图》
13
美国生物质计划的任务
14
美 国 生 物 质 计 划 体 系
15
美国生物能源的发展目标
• Biopower：到2030年之间每年增加2%。2010年达 到总能源的4%，2020年达到5%。