生物质能源的发展方向

生物质能源的发展方向

什么是生物质能源

生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质，它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料。生物质能是世界第四大能源，仅次于煤炭、石油和天然气。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量，相当于世界总能耗的10倍。

利用生物质能源的优点

①可再生性，来源丰富。生物质能源是从太阳能转化而来，通过植物的光合作用将太阳能转化为化学能，储存在生物质内部的能量，与风能、太阳能等同属可再生能源，可实现能源的永续利用，取之不尽，用之不竭。生物质能源资源丰富，分布广泛，全球生物质能源潜在可利用量达350EJ/年，约合82.12 亿吨标准油，相当于2009年全球能源消耗量的73%。

②清洁环保，替代化石能源。生物质能源的转化过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质；生物质能源的使用过程又生成二氧化碳和水，形成二氧化碳的循环平衡。同时，生物质能源中的有害物质含量很低，属于清洁能源。将生物质加工成成型燃料、可燃气体和液体燃料替代化石能源煤炭、石油和天然气，既解决化石能源枯竭问题，又遏制化石能源给地球造成的温室效应。

农业废弃物转化新能源的必要性

农业废弃物主要是指农作物秸秆（玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等）和粮食加工业废弃物（稻壳等）。我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨，其中造肥还田及其收集损失约占15%，剩余5.134亿吨。用作农户炊事取暖、畜牧饲料和少量工业原料约占40%，即2.05亿吨，弃于田间地头直接焚烧的约占60%，即3.08亿吨（相当于1.54亿吨标准煤），既危害环境，又浪费资源。

每年秋冬和开春，雾霾弥漫大地，焚烧秸秆是大气污染的主要贡献之一。随着农村生活质量的提高，农作物秸秆逐渐退出作为传统燃料的舞台，取而代之的是存储和使用方便的煤炭，致使在工业燃料污染十分严重的情况下，又形成叠加效应，雪上加霜。所以必须为农业废弃物寻找可行的出路。

农业废弃物再加工燃料的形式

农业废弃物本身就是固体燃料，是广大农村烧火做饭、冬季取暖的传统燃料。但这种燃料存在弊端：密度小，体积大，存放空间大；水分高，需要晾晒；热值低，火劲小，燃烧时间短；炉腔大，火焰分散，易跑烟，只适合大锅做饭。所以人们就摈弃了它作为家庭燃料。只有把农业废弃物进行再加工，方便于家庭和工业使用，它才能物尽所用，变废为宝。

①压缩成型。压缩成型是增大密度、减小体积的过程，便于运输、存储。块状秸秆燃料可用于家庭和工业锅炉。但作为直烧燃料，还是不如煤炭好使，家庭用量小，替代煤炭积极性不高。用于工业锅炉，秸秆中的无机盐限制了炉膛温度不能高，也限制了锅炉效率，往往需要与煤炭混烧，但灰却没法处理。

②秸秆发电。秸秆作为燃料用于发电，也是将秸秆先做简单的压缩，输送到蒸汽锅炉生产蒸汽带动汽轮机发电。秸秆发电除了有直烧锅炉普遍存在的技术问题之外，最主要是区域供应量与装机功率效益化存在矛盾。

③秸秆气化。秸秆气化主要是两种形式，一是发酵生产沼气作为燃气；二是热解生产生物煤气作为燃气。这两种形式都适合小规模生产燃气供应一个小工厂或一个居住集中的小村庄使用。有专人值守，算上人工费用和电耗，居民使用价格并不合算。

④秸秆液化。秸秆液化是通过高温高压水热液化转化成液体燃料和高温干法热解气化再冷凝成液体燃料。前者回收效率高，可以达到50%以上，但运行费用高，需要水相和油相分离，存在污水排放问题。后者利用秸秆自身热能分解固体秸秆，热能有损失，回收率40%左右，但运行费用低，不排放废水，不需建设污水处理装置。所以就秸秆液化的两种形式而言，高温干法热解液化具有装置可大可小的灵活性和运行费用低、环保无污染的优势，是世界各国争相开发的生物质能源技术之一。

农林废弃物商品化新能源燃料的发展方向

农林废弃物再加工新型燃料的商品化应着眼于工业应用，才有发展动力和市场前景，因为民用毕竟用量有限，也存在市场运作分散的问题。农林废弃物尤其农作物秸秆通过物理压缩后可以作为工业炉燃料，但对炉膛结构、换热面积、燃烧温度和排灰形式都有特殊要求，存量工业炉无法使用这种燃料，改造非常困难，出力也不够。这种固体燃料适合新上生物质工业炉，造价比普通燃煤工业炉高出许多。

农林废弃物转化成液体燃料油，储存、运输和使用都比较方便，适合工业炉大量应用，存量燃煤工业炉不用改变任何炉体结构，只增加一个燃油燃烧器就可以。新上工业炉即燃油炉，造价与普通燃油或燃气炉一样，比燃煤炉低很多。所以说，将农林废弃物转化成液体燃料油是最现实的办法，适应市场需求，是农林废弃物商品化新能源燃料的发展方向。

农林废弃物高温干法裂解液化是什么样的技术

农林废弃物转化成液体燃料油，质量、成本、投资和环保等方面具有显著优势的就是干法裂解液化技术。各种农林废弃物（玉米、高粱、小麦和水稻各种秸秆，大豆、棉花、土豆和花生各种秧类，稻壳、谷皮等粮食加工副产物，锯末、木屑、树枝和树叶等林业木材废弃物）都可以作为干法热裂解制取燃料油的原料。将这些原料粉碎烘干输送到热解装置，严格控制温度快速热分解，转化为有机物蒸气，再通过迅速冷却转化成液体，就成为含多种有机成分的可燃油。生产过程中会产生不能冷凝的可燃气体，回收用于装置加热，不外排任何气体、液体和工艺废水。这种生物质油可以直接用作工业炉燃料油，也可进一步酯化加工制取生物柴油，或者分离提取价值更高的有机化学成分。

农林废弃物转化新能源的综合利用

由于植物体中无机物的存在，在直烧、气化和液化过程中都无法将碳全部转化，会副产含无机物较高的残余炭灰，即残渣，也就是二次废料。直燃和气化灰显碱性，液化灰显酸性。规模化使用农林废弃物直烧或再加工燃气和燃油，都必须考虑灰的出路问题，否则会对环境造成二次污染。秸秆发电和直烧锅炉产生的草木灰多数是采取填埋形式，既占用了土地，也存在安全和环境隐患。

单一成分比较突出的草木灰，比如稻壳灰，二氧化硅占比较大，可以分离二氧化硅和残余炭分别加工成硅化学品和炭产品。而对于多数草木灰来说，直接利用价值不高，应秉承“从哪里来，到哪里去”的原则，将其改性活化处理，做成肥料，做底肥使用，既相应提供微量元素，减少施用化学肥料，又能改善土壤，增加土壤透气性，保墒、保水、保肥，防治病虫害。

我国对农林废弃物转化新能源的支持政策

《中华人民共和国可再生能源法》和《国务院办公厅关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》体现了国家对生物质能源的支持力度和迫切性，国家财政采取多种补贴手段，支持和激励发展农林废弃物转化新能源项目，财政部财建[2008]735号文件规定，年消耗农作物秸秆量在1万吨以上，可获得140元/吨的补助。

商业化、规模化运作农林废弃物转化新能源的方式、布点和规模

商业化、规模化运作生物质能源产品，应该定位工业锅炉用户这个市场。我国现有燃煤工业锅炉约46万台，占锅炉总量的85%左右，年煤耗量达到7.3亿吨，每年还要新增锅炉8万～10万吨。颗粒物排放160万吨/年、二氧化硫排放718万吨/年、氮氧化物排放271万吨/年。燃煤锅炉是大气主要污染源之一，也是推广使用生物质新能源的重要对象。鉴于运输距离、工业锅炉分散而又用量大的因素，生产生物质成型块状燃料和液体燃料是商业化运作的最佳模式。

农作物秸秆有分散收集的特点，鉴于我国县域地理特征，一个县满足一个生物质能源项目所需是比较合适的，跨县收集秸秆会明显增加企业成本。我国两千多个县，平均耕地35万亩/县，每亩平均秸秆产量0.5吨，总计17.5万吨。除去其它损失和利用，可供商业化使用的在5-10万吨之间。所以消耗秸秆项目的建设规模最好不要超过这个范围，否则会增加收集难度，推高收购价格，增加企业运行成本，使企业难以为继。我国许多年耗秸秆20万吨的发电项目陷入经营困境就是最好的例证。