生物质能替代传统化石能源的探析(0)

生物质能替代传统化石能源的探析

摘要：传统化学能源，特别是石油资源的日益短缺，促使人们不断开发新的可再生能源来替代目前的传统化学能源。本文讨论了生物质在能源和化工领域替代石油资源的各种可能途径，分析了这些途径的发展前景，提出了各种生物质资源,不但能够成为石油资源的直接替代，如燃料乙醇、生物柴油等；而且能够成为开发各种化工产品的资源平台，形成对石油化工产品的产业竞争，实现对石油资源的间接替代，如各种生物基本有机化学品和功能性高分子材料等。开发生物质转化制液体燃料技术和生物化工技术将对石化工业的发展起到推动作用，有助于石油化工产业的可持续发展。

关键词：生物化工；生物燃料；生物资源；生物质利用;燃料乙醇；生物柴油；石油化工产品；功能性有机高分子材料

Abstract：The traditional energy resources，especially the petroleum ，become more and more limited，which push our society to develop new continuously renewable energy sources．In this paper, some possible route sand their future in energy and petrochemicals replacing by biomass are described．It shows that the biomass resources can not only be the direct substitute of liquid fuels，such as fuel ethanol and bio—diesel，but also can be the indirect substitute of petroleum ，such as basic bio —chemicals and functional polymers．Biochemical technology development will accelerate the progress of petrochemical industry，and make it more sustainable．Keywords：bio—chemicals：bio—fuels；bio—resources；bio—mass utilization；fuel ethanol；bio—diesel；petrochemicals；Functional polymers

1、前景展望

能源短缺、粮食危机、环境污染等三大问题日益困扰着我国经济发展。要解决这些问题的关键就是寻求能源替代的有效途径。在能源替代的各种选择中，如风能、太阳能、水能、地热能和生物质能等可再生能源中，只有生物质能是直接以各种化合物和化学质能的形式存在的，从现有的工业体系和社会应用体系的角度，用生物质能替代石油能源有着得天独厚的的优势。生物质对石油资源的替代方式是多方面的，一方面发展生物燃料替代化石燃料，另一方面发展各种生物质化工产品替代化石产品，从而利用可再生的资源间接替代化石燃料。本文将通过

介绍各种生物质能利用方式的特点出发，分析各种利用方式的适应环境和发展前景【1---2】

2、生物质能在替代能源资源中的地位与作用

生物质是人类历史上应用时间最长，并仍然在大量使用的能源资源。化石能源是满足能源需求的主要资源，人类所需能量的大部分自于煤炭、石油和天然气等化石能源。但是化石能源属于不可再生资源，随着化石能源的逐渐枯竭，生物质能源越来越受到广泛的重视。生物质能作为一种可再生能源，能够有效降低CO2温室效应，减缓环境污染，同时改变现有不平衡的石油供求关系，从保持持续供应的角度看，生物质能比化石燃料具有更明显的优势。生物质能来源非常广泛，包括木材及林业废弃物、农作物及农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物以及动物粪便等，因此开发潜力巨大。随着现代工业的发展，我国CO2的排放量也在逐步上升。有机化合物和合成高分子材料是石油化工的一大支柱产业，现有石油的20％被用于合成各种化合物和高分子材料。人工合成的各种化合物和高分子材料应用于人类衣食住行的各个方面。尽管人工合成化合物和高分子材料性能优良、成本低廉，在其发明之后很快就取代了天然化合物和高分子材料的地位，但其难降解特性正成为环境污染的重大问题。现在，研究人员正越来越多的将眼光投向利用生物质资源，以期能够开发出性能能够与各种合成材料相媲美的生物质改性的合成材料或合成材料改性的生物基高分子材料。实际上，生物质是一类由纤维素、半纤维素、木质素和各种小分子化合物组成的天然高分子材料，而纤维素、半纤维素、木质素等高分子又可拆分为组成它们的糖基和芳烃化合物，将其与目前的各种合成高分子或高分子单体进行聚合、接枝共混等各种改性，具有非常大的技术发展空间。。

3、生物质能直接替代燃料和各种液体运输燃料

生物质能的直接利用途径多种多样，如直接燃烧，气化生产合成气并进一步生产液体燃料，热解生产合成气、液体燃料、焦炭等，发酵生产甲烷气、乙醇、丁醇等各种转化方式。生物质能源转换技术的研究开发工作主要包括生物转换、化学转换、物理转换三大类转换技术。生物质能源转换的方式涉及气化、液化、热解、固化和直接燃烧等技术，其中，生物质的热解、液化和气化是热化学转化中几种主要的方式(图1) 【3】。

物理转换技术是最传统和最直接的生物质能利用技术。生物质的直接燃烧虽然成本非常低，便于应用，但由于很多生物质的能量密度较低，很难达到很高的燃烧温度从而限制了其能效提高和应用范围，且这种利用方式不能得到市场更加急需的液体燃料，这也是资源利用上的一种浪费。对生物质进行生物转化可以制取甲烷、乙醇、丁醇等高能量密度清洁气体、液体燃料，其中生物乙醇【4】是现在生产最多的生物燃料，另外，各种生活废料厌氧发酵生产甲烷是我国小城镇和农村地区广泛实践的一种能源转化手段。原则上生物乙醇可从任何来源的可发酵糖制取，与石油化工路线相比，微生物发酵工艺生产的乙醇具有较强的竞争力，特别是以可再生的农副产品为原料，不仅可以减少化石能源的消耗，更重要的是可以调节农副产品的市场价格。生产生物柴油的前提是培养和大面积生产高油脂含量的动植物；理论上说生物柴油可从任何来源的生物油制取，但现实是仍主要由各种谷物、含油种籽等油脂作物来生产。

4、生物质能的化学转化途径分析。

目前国内外常用的生物质热化学转化方法包括热解、液化、气化等转化技术。采用不同的操作条件和装置可得到不同的转化产品，针对不同转化产品可运用各种进一步的加工技术，得到用途广泛的二次产物【5】。