生物能源的发展及对社会经济的影响

• 2009年全球燃料乙醇产量达5859万吨，相当于 8378.4万吨标准煤，其中巴西甘蔗超过一半用于 燃料乙醇的生产，乙醇的产量大约为2367万吨， 替代了全国56%的汽油。 • 部分生物质能源，如生物柴油等已经实现了一定 的突破，进入产业化初期，产业得到了快速发展。 而比较新型的技术，如纤维素乙醇等，则处在关 键技术突破或中试阶段，是近期发展重点和热点。
生物质资源按 照来源可分为 六大类
水生植物 一些水生藻类，主要包 括海洋生的马尾藻、巨藻、 海带等，淡水生的布袋草、 浮萍、小球藻等，水生植 物转化成燃料，也是增加 能源供应的方法之一。
III、生物能源的发展现状
• 一、国外生物质能源产业发展现状
• 2009年，欧盟生物质能源的消费量超过1.43亿吨标准煤， 约占欧盟能源消费总量的 6%；美国的生物质能源利用达 1.36亿吨标准煤，占全国能源消费总量的4%；一些国家的 生物质能源利用已达到较高比例，如瑞典为 32%，沼气 “固体成型燃料”粮食乙醇等产业技术比较成熟，已经形 成了较大的产业规模。
• 生物质能的开发利用就要求人们恢复植被，最终形成二氧 化碳的收支平衡，使用这种能源几乎不会产生二氧化硫的 污染，这种技术有利于回收利用有机废弃物、处理废水和 治理污染。 • 生物能源的开发涉及到包括农业、化工、生物、环境、能 源等多个领域。生物质能源的开发与利用是把各种生物质 原料通过不同途径转化为高附加值的生物质能源、生物材 料、石油产品替代品及副产品等环境友好产品的全过程。 生物质能源转化利用途径包括燃烧、热化学法、生化法、 化学法和物理化学法等，可转化为二次能源。
二、生物能源的种类
农作物秸秆 农作物秸秆是农业生产 的副产品，也是我国农村 的传统燃料。秸秆资源与 农业种植业的生产关系十 分密切。 森林能源 森林能源是森林生长和林业 生产过程提供的生物质能源， 主要是薪材，也包括森林工业 的一些残留物等。森林薪材来 源于树木生长过程中修剪的枝 桠、木材加工的边角余料以及 专门提供薪材的薪炭林。 生活垃圾 城镇生活垃圾主要是由居民 生活垃圾、商业和服务业垃圾、 少量建筑垃圾等废弃物所构成 的混合物，成分比较复杂，其 构成主要受居民生活水平、能 源结构、城市建设、绿化面积 以及季节变化影响。
• 目前，国内外已有的生物质能利用技术归 纳起来有五种，即直接燃烧技术、热化学 转换技术、生物转换技术、液化技术和有 机垃圾处理技术。中国生物质能利用技术 发展方向，一是沼气利用技术，二是生物 质热转化技术；发达国家生物质能利用技 术主要定位于把生物质转化为电力和运输 或燃烧燃料。
• 由于生物质能原材料单纯性生产生物柴油、燃料 乙醇和生物质燃气比煤、石油、天然气等价格高， 无法被市场接受。如果像发达国家一样采取免税和补贴给予支持， 这对国家的经济压力太大，因此我国生物质能开发只能通 过如下途径:①依靠科技进步，将生物质能资源进行精细化
• 生物能源在新能源产业中的角色相比于其他形式的新能源， 生物能源在原料来源、燃料形式和环境可持续性等方面表 现出其特有的优势：
• 首先，生物能源不仅取材自各种能源作物，还可以利用农 业、畜牧业、林业的加工剩余物、畜禽粪便以及工业的副 产品和废水废渣、城市生活垃圾等，因而具有广泛的
原料多样性。
• 其二，生物能源的产品形式多样。既可以用于直接燃 烧供热和发电，又可以用作交通运输燃料，还可以在提供 能量的同时联产生物塑料、生物纤维以及生物化工原料等 产品，促进形成庞大的生物制造产业体系。
5、生物质燃烧技术
• 生物质燃烧方面，主要集中于提高燃烧效率。着 力改进锅炉设计，提高单一生物质燃料或与煤混 合燃烧锅炉的热效率，以降低乡村、小镇生物质 发电和供热的成本。
IV 生物质能与可持续发展
• 中国是经济发展快而能源资源紧缺的大国。目前的能源资 源状况决定了我国以煤为主的能源供应格局不可能改变， 并且我国石油供需矛盾日益突出、石油供应安全形势严 峻。我国石油进口依存度目前已达50%左右，对国家能源 安全十分不利。而且，煤炭、石油等化石矿物能源，是不 可再生的宝贵资源，过度地破坏性地开采，实质上是在 “抢子孙的饭，断子孙的路”。属于可再生能源的水能、 风能、太阳能、生物质能、地热能，是取之不尽用之不竭 的。更重要的是它们都存在于本国土地上，不会受制于人。 其中，生物质能总量十分丰富，是仅次于煤炭、石油和天 然气的第四大能源。
4、厌氧发酵技术
• 厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作 用进行生物质的分解。将有机废水（如制药厂废 水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼 气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水 解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由 产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢， 最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成 CH4，可产生CH4（体积分数为55％～65％）和CO2 （体积分数为30％～40％）气体混合物。
• 以美国国家可再生能源实验室(NREL)为代表的研究者，近 年来也进行了大量的研究工作，如通过转基因技术得到了 能发酵五碳糖的酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并 建成了几个具有一定规模的中试工厂，但由于关键技术未 有突破，生产成本一直居高不下。纤维素制乙醇技术如果 能够取得技术突破，在未来几十年将有很好的发展前景。
• 从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维 素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺 路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制 取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技 术。纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能 显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶， 由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。 • 我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理 工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水 解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究， 转化率在70％以上。中国科学院工程研究所在国 家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解 固态发酵糖化乙醇的研究，为纤维素乙醇技术的 开发奠定了基础。
3、国内外生物质能开发现状与发展趋势
• 我国生物质资源丰富。据统计，全国近年秸杆年产量约6 亿吨，薪柴年产量（包括木材砍伐的废弃物）为2亿吨左 右，还有大量的人畜粪便及工业排放的有机废料、废渣， 每年生物质资源总量折合成标准煤2-4亿吨。目前除少量 生物质被用于农村家庭燃料或饲料外，绝大多数生物质被 露天焚烧、填埋，或直接丢弃在田间地头进行生物降解。 因此很有必要加强对生物质利用的研究。
抉择
1 新能源产业中的生物能源
• 煤、石油、天然气等化石能源是由上古时代的动植物遗骸 沉积于地下数百万年，经复杂的物理化学变化而形成的， 它是目前全球消耗的主要能源，每年占全球消耗能源的 80%以上。随着社会经济快速发展，化石能源有限储量和 人类日益增长的能源需求之间的矛盾正在不断凸显，开发 更加清洁的可再生能源是世界能源产业的必然趋势。 • 在生物能、太阳能、风能、地热能、水能、氢能、核能等 新能源中，生物能源比较特殊，它的使用理论上不会净增 温室气体排放，同时能在一定范围内维持甚至增加陆地土 壤的碳储量，从而可有效地解决化石能源枯竭和全球环境 污染问题。
生物能源的发展及对社会经济的影响
国家政策 生物能源概述 生物能源的发展现状
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生物质能与可持续发展 新能源产业对环境生态与 社会经济发展的影响
中国与世界一次能源消费结构比较
中国一次能源消费结构 0% 7% 1% 4% 18% 原煤 原油 天然气 核能 水力发电 再生能源
世界一次能源消费结构 1% 6% 5% 30% 原煤 原油 天然气 核能 水力发电 再生能源
禽畜粪便 禽畜粪便也是一种重要 的生物质能源。除在牧区有 少量直接燃烧外，禽畜粪便 主要是作为沼气的发酵原料。 中国主要的禽畜是鸡、猪和 牛。 能源植物 能源植物种类较多，例 如制糖作物、油料植物等。 目前国内外正在研究和已 经研究利用的植物主要有 三角戟、三叶橡胶树、麻 疯树、汉加树、白乳木、 油桐、小桐子、光皮树、 油楠、油橄榄等。
3、生物制氢
• 生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪 70年代能源危机引起了人们对生物制氢的广泛关 注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要 的可再生能源。生物质可通过气化和微生物催化 脱氢方法制氢。 • 目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不断改进 操作条件和工艺流程的研究较多。中国在此方面 研究也取得了一些进展，任南形琪等1990年就开 始开展生物制氢技术的研究，并于1994年提出了 以厌氧活性污泥为氢气原料的有机废水发酵法制 氢技术，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制 氢技术。
三、现有的生物技术
• 1、生物质液化燃料乙醇的开发
• 生物质生产燃料乙醇的原料主要有剩余粮食、能 源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料 生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。我国政府于 2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策，将 燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料， 已在河南和吉林两省示范。然而我国随着中国人 口的持续增长，粮食很难出现大量剩余。因此， 陈化粮是一种不可靠的能源。
工产品的深度利用，综合开发，使之增值，反哺生物柴油、燃料乙醇及生物 质燃气等能源产品的开发；②利用现代转基因技术培育能
源植物新品种，提高出油率，降低原料成本；③ 创新生物质能转化技术，提高生物质能产品产量、降低生产成 本。
V新能源产业对环境生态与社会经济发展的影响
• 化石能源一直是近现代经济社会发展的基石，然而目前正 面临着日益枯竭的困境。因此，开发新型可再生能源成为 解决能源安全问题的必经之路。生物能源是一种重要的可 再生能源，但是生物能源对于促进新能源产业的发展及其 对生态环境变化、粮食安全和经济发展等方面的潜在影响， 一直也是争论热点，而世界各国又不得不对生物能源发展 做出 。在这一抉择过程中，必须充分且客观地认 识生物能源的前景、挑战与风险，准确地把握其发展方向。
24%
70%
34%
I 生物质能源科技发展 “十二五”重点专项 规划
II、生物能源概述
• 又称生物质能，就是太阳能以化学能形式 贮存在生物中的能量形式，即以生物为载 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，取之不尽、用之不竭，是 一种可再生能源，同时也是唯一一种可再 生的碳源。生物质能的原始能量来源于太 阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能 的一种表现形式。
二、国内生物质能源产业发展现状
• 在国家各级政府部门推动下，我国生物质能源产业也取得 了较快发展：户用沼气发展较快，应用较广，大中型沼气 技术近年发展迅速，建成大中型沼气厂4700多处，形成了 产业雏形；燃料乙醇产量已接近172万吨，折合246万吨标 煤；生物柴油产能140万吨，产量40万吨；我国生物质成 型燃料生产厂约200家，总产量达到200万吨，产品主要用 于环保要求较高的城镇锅炉的替代燃料。 • 此外，还有许多新兴生物质能技术正处于技术研发与示范 阶段，主要是以木质纤维素生物质为原料的生物液体燃料， 如纤维素燃料乙醇、生物质合成燃料和裂解油，还有能源 藻类技术等。
2、生物质液化生物柴油的开发
• 生物质液化技术较为重要的方式之一是快速热解 生产液体燃料技术，其主产品就是各种生物油。 这种技术始于20世纪70年代末，迄今，为降低快 速热解法的生产成本，各国已经对多种反应器和 工艺进行了研究，特别是欧美等发达国家，在进 行全面的理论研究的基础上，已建立了相应的实 验装置。快速热解法生产的液体燃料可以替代许 多锅炉、发动机及透平机所用的燃油，而且还可 以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添 加剂、树脂、药剂等。
• 1、生物质能具有以下特点：
• • • • • (1)储量丰富和可再生性。 (2)低污染性。 (3)生物质能源具有普遍性、易取性，生产过程较为简单。 (4)生物质能是唯一可以储存与运输的能源。 (5)生物质能具有分布分散、能量密度小、热值和热效率 低和成分复杂等缺点。
• 2、生物质能的利用方式