生物质能论文

摘要

如今, 节能减排越来越多地和新能源共同出现。上世纪70 年代以来, 新能源开发利用受到世界各国的普遍重视, 许多国家都将开发利用新能源作为提高能源安全、应对气候变化和实施可持续发展战略的重要途径。近几年, 随着国际石油价格不断攀升, 电力供应日趋紧张, 能源问题已成为制约经济社会可持续发展的瓶颈。石油、煤炭等传统能源大量消耗及其造成的环境污染, 对能源枯竭的担心和对气候变化的忧虑, 促使人们不仅致力于开发传统化石能源的替代品———新能源, 而且更多地注重提高能源使用效率和关注能源的环境效益。因此, 生物质能、太阳能、风能、水能、核能、地热、天然气等新型清洁能源的开发愈加成为国际新能源发展领域的热点。为了优化能源结构, 保障能源安全, 保护环境和可持续发展, 能源多样化已成为我国能源战略的核心目标之一。开发新型能源与高效节能技术成为我国的当务之急。我国农村节能减排有着巨大的市场和潜力。在农村开发利用可再生的生物质能源, 既能发展节约型农业, 推动经济增长方式转变, 又能实现农业废弃物的二次利用, 搞好农村环境污染防治, 推进农村节能环保工作。

关键字：新能源、生物质能、可持续发展

第一章我国农村环境现状和生物质资源情况

1.1 我国农村环境现状

近年来, 我国农村环境问题日益突出, 农村生产和生活中存在的环境问题, 已成为农村经济社会可持续发展的制约因素。随着我国农业生产能力大幅度提高, 畜禽养殖业污水、粪便、农作物秸秆以及残留农膜等农业生产过程中的废弃物大量增加, 面源污染问题突出。全国因固体废弃物堆存而占用和毁损的农田面积已超过13.33 万hm2, 3 亿多农村人口面临饮水不安全问题。一些地区由于环境污染引发的各类疾病明显上升, 还有一些地区农田污水灌溉、过量施用化肥和农药, 导致农作物品质下降、减产甚至绝收。

1.2 我国农村生物质资源情况

我国有丰富的生物质能资源, 开发程度还很低,开发利用有巨大潜力。据测算, 目前我国农村每年产生生活污水约80 亿t, 生活垃圾约 1.2 亿t, 畜禽粪便排放总量达25 亿t, 农作物秸秆6 亿多t, 农产品加工业废弃物( 稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣、棕榈壳等)超过 1 亿t。这些农业生产废弃物、污染物等生物质资源的资源化综合利用率很低, 大部分没有得到有效利用。此外, 有不少荒山、荒坡、盐碱地等边际性土地待开发, 可种植甜高粱、甘蔗、木薯、甘薯等非粮能源作物。

第二章生物质、生物质能的概念和生物质资源类型

2.1 生物质和生物质能的概念

生物质是指通过光合作用形成的各种有机体, 包括所有的动物、植物和微生物。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量。从广义上讲, 生物质能是以生物质为载体的太阳能, 它直接或间接来源于绿色植物的光合作用, 一般是指能作为燃料的这部分生物质。地球上的生物质能极为丰富。陆地上的树木、草类、农作物秸秆、江河湖海中的藻类等水生植物、动物的粪便、生活垃圾、某些工业生产中的废液和有机废物等, 都是可以利用的生物能源。

2.2 生物质资源类型

生物质资源一般分为 4 大类: 固体生物质、液体生物燃料、沼气和垃圾。固体生物质包括农业废弃物、林业废弃物等, 农业废弃物主要指农业生产和加工过程中形成的废弃物, 如农作物秸秆、稻壳等; 林业废弃物主要指林木生产、采用和加工过程中形成的废弃物。液体生物燃料主要指以非粮食能源作物、树生能源油料等为原料生产的生物柴油、生物乙醇等。通过生物质资源利用所获取的能源即生物质能,其表现形式有热能、电能、沼气以及各种生物燃料。

第三章生物质和生物质能的主要利用方式

3.1 农作物秸秆的综合利用

我国广大农村具有丰富的农作物秸秆资源, 有效利用率还很低。每年夏收、秋收期间, 各地政府通过疏堵结合, 加强农作物秸秆禁烧工作。但是, 仍有许多农作物秸秆白白烧掉, 或者作为烧柴直接燃烧, 一方面造成了环境污染, 另一方面也造成资源的极大浪费。若将这些秸秆资源多渠道、多途径利用就能实现废物的二次利用, 大大提高其利用率, 不仅节约农业资源,增加农民收入, 还能起到节能环保的作用。农作物秸秆综合利用工作, 各地多是以机械化秸秆还田作肥料作为主渠道, 秸秆堆沤还田技术、秸秆压块饲料技术、秸秆青贮饲料技术、利用秸秆作基料种植食用菌技术等循环农业技术不同程度地得到推广应用。比如秸秆还田, 不仅可以保墒节水, 增强土壤肥力, 防止土壤的板结、退化、沙化, 还可以抑制杂草的生长, 免打除草剂, 省时省力, 节约开支。随着我国节能环保技术的进步和创新, 农作物秸秆成为清洁、环保、可再生的生物质能的重要来源, 可将生物质能转化成高能效的液体或气体燃料, 而且秸秆成本低, 污染少, 效益高。秸秆气化站建设、秸秆沼气项目、秸秆发电项目、秸秆固化成型燃料项目、秸秆生产乙醇项目等的新能源开发, 正在各地不断出现。但这些技术在我国刚刚起步, 比如秸秆发电项目也仅限于个别地区, 秸秆回收辐射范围不大, 回收利用量都还有限。以河北省为例, 晋州、威县、成安生物质发电示范项目建成后, 涿鹿、赤诚生质能发电( 秸秆发电)项目今年也被核准。

3.2 液体生物燃料的开发利用

巴西是全球生产生物乙醇最多的国家, 以甘蔗为主要原料生产乙醇燃料,

2005 年的产量达到1 300 万t, 占世界生物乙醇总产量的48%。美国主要以玉米为原料生产乙醇燃料, 2005—2006 年用于生产乙醇燃料的玉米达到 4 200 万t, 占国内总消耗量的24%。荷兰等欧洲国家主要以从东南亚、印尼、马来西亚等进口的棕榈油为主要原料生产液体燃料, 导致一些发展中国家为了增加生物燃料的出口, 甚至大片砍伐热带雨林, 从而引发森林、湿地等自然保护区的流失, 其环境破坏作用甚至可能超过生物燃料所带来的好处。发展生物燃料成为应对全球能源危机和气候变化的有效途径之一, 但必须注重生物燃料的可持续发展, 不能以牺牲环境为代价, 顾此失彼。

2006 年我国燃料乙醇产能已达132 万t, 成为继巴西和美国之后的第三大燃料乙醇生产国。“十一五”末期, 我国生物燃料乙醇生产能力计划达到522 万t·a-1, 到2020 年发展燃料乙醇至1 500 万t。然而, 随着建设燃料乙醇项目的热情高涨, 其主要原料玉米的价格上升明显。且生产 1 t 燃料乙醇平均需要消耗3.3 t玉米, “人车争粮”趋势凸显。以粮食生产燃料乙醇的能源转换方式, 逐渐被证实不符合我国国情, 2006 年底被国家发改委叫停。

我国以非粮作物为原料的生物能源产业正处于一个关键发展时期, 当前制约其发展的主要瓶颈是原料短缺。我国液体生物燃料的发展定位必须正确, 要坚持不与人争粮、不与粮争地、不破坏生态环境的原则, 要坚持走原料多元化的道路。我国有大量盐碱地、荒山、荒地等未利用土地资源, 可规模化开发利用的能源作物较多, 可因地制宜的开发用于燃料乙醇的甜高粱、甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等和用于生物柴油的棉花( 籽)、蓖麻等能源作物。我国自主选育的甜高粱系列品种已经在黑龙江、内蒙古、山东、河北、新疆等地大面积种植, 并开展了以甜高粱为原料的燃料乙醇生产试点。而甘蔗、木薯、甘薯、甜菜等非粮作物制取燃料乙醇尚处于起步阶段, 今后这些资源的开发利用将会加大。

为满足国家对液体生物燃料的原料需要, 国家林业局宣布0.133 亿hm2林地将用于生物质能源开发。今年首批在云南、四川启动 4 万多hm2。树生能源油料是生物柴油、发电所需的原料, 有些树种的果实含油量高达50%。“十一五”期间, 中国将通过培育生物质能源林满足600 万t 生物柴油的供应和 1 500 万kW 机组发电所需原料。林业生物质能源是一种可再生能源, 通过发展生物质能源林基地建设, 实现林油一体化, 解决能源的可替代问题, 也解决了生态问题。这些树木在提供生物质能源的同时, 发挥着巨大的生态效益, 还可以解决农民的致富问题。此外, 国内首条利用秸秆生产燃料乙醇的生产线在山东省东平县正式投产, 国内首家10 万t 生物酶法生产生物柴油项目( 通过生物作用将废弃的动、植物油脂转化为生物柴油)在河北省秦皇岛市正式启动。开展生物柴油、生物乙醇等的研发和产业化示范, 成为当前我国生物能源产业发展迫切需要解决