生物能源的开发利用及生物能源的生产技术研究现状论文

生物能源的开发利用及生物能源的生产技术研究现状

摘要：根据国内的研究材料，阐述当前生物能源的开发利用及生物能源的生产技术研究现状，并结合我国情况展望了未来生物能源的发展前景。

随着全球人口和经济规模的不断增长，能源急剧应用所带来的碳排放飙升和温室效应为人们所认识和担忧。在这样的大背景下，低碳经济概念应运而生。而加快替代能源的研究也变得刻不容缓。各国开始关注生物能源的开发和研究来代替化石燃料，生物能源因其环境污染物释放量少、对环境无污染、经济可靠、可再生持续利用等特点，被称为“绿色”能源。已经成为当今国际上研发热点。

20世纪70年代后，两次石油危机相继出现，给全球的经济造成巨大损失，能源问题成了全世界共同面临的难题。据专家预计，如果按照当前的水平来开采世界已探明的能源，煤炭资源可开采100 a，天然气50—60 a，石油在100 a后将被耗尽。另外，化石燃料燃烧产生的CO2，会产生温室效应，产生其他的气体,如氮硫的氧化物等，严重影响环境，所引发的灾害性气候等问题造成的全球经济损失每年达数千亿美元。近年来生物能源的发展速度之快、影响之大远远超出了人们的想象。日前全球生物能源的总产量近800亿升，主要生产者是美国、巴西、欧盟及加拿大，占全球生物能源总量的90%以上。生物能源在美国可再生能源中所占的比例最大，从1998年的43%增加到2008年的53%。美国前总统布什在签署的一项能源发展计划中明确支持生物能源的生产，到2022年，生物能源的产量将达1360亿升。

生物能源,是指利用生物可再生原料及太阳能生产的能源，包括生物质能、生物液体燃料及利用生物质生产的能源，如燃料酒精、生物柴油、生物质气化及液化燃料、生物制氢等。生物能源不含硫，其碳循环是动态的，能源植物通过光合作用固定二氧化碳和水，将太阳能以化学能形式储藏在植物中，是一种可再生的环保型新能源。因此，开发生物能源是解决能源危机和保护生态环境的有效途径。同时发展生物能源和种植油料作物可绿化荒山、滩涂、盐碱地。我国南方约有2千万hm 荒山荒坡，北方有1亿hm 盐碱地，利用荒山荒坡和盐碱地、荒滩、沙地种植能源植物既不占宝贵的耕地资源，又可提供大量的生产原料。根据国内的研究材料，阐述当前生物能源的开发利用及生物能源的生产技术研究现状，结合我国情况展望了未来生物能源的发展前景。

我国开发与利用生物能源的重要性

目前人类所普遍使用的能源是化石能源，主要是石油、煤炭等，这些化石能源有其致命的缺点：一是化石能源是不可再生能源，地球储量有限，快速的经济增长使得地球上可供使用的不可再生能源日趋枯竭：二是化石能源在其使用过程中产生大量的污染，造成的环境危机已经非常严重。由于能源与人类的生产、生活密切相关，能源革命对人类经济与社会的影响，对人类生产方式、生活方式和思维方式的影响也是目前其他任何技术革命所无法比拟的闭。因此，人类应及早寻求新的能源革命来摆脱以上两大危机。开发利用生物能源是调整能源结构、保障能源安全的重要措施；是保护环境、实现可持续发展的重要途径：是促进农村经济发展、建设社会主义新农村的重要举措。而我国经济发展面临的能源制约瓶颈，发展新能源被视为解决中国能源瓶颈的方法之一。早在《十一五规划的建议》中，就明确提出“加快发展风能、太阳能、生物能源等可再生能源”。按照近期出台的新能源振兴规划初稿，到2020年中国计划总投资超3万亿。生物能源的发展不仅关系到国家的能源战略、科技战略、“三农”问题和生态环境，也关系到地方经济长远发展和竞争力水平。生物能源产业的兴起与发展必然会对农业产业化、农村工业化、城乡一体化具有明显的促进作用。所以开发和利用生物能源是非常重要的。

目前生物能源开发利用方式

1.生物乙醇(bioethano1) 燃料乙醇是目前世界上生产和使用量最大的生物质能源，用玉米、小麦、

木薯、甘蔗等作为发酵乙醇的工业原料，工艺装备技术成熟。乙醇作为燃料具有热值大、燃烧充分等优点，并能够与现行的内燃机有较好的相容性。无水乙醇和汽油以一定比例混合可作为车用燃料，乙醇在混合物中的比例不超过25％时，可以利用原有的汽车发动机；而纯度为92．6％一93．8％的含水乙醇，能够直接作为车用燃料，但需使用专门设计的具有更高压缩比的发动机。

目前的燃料乙醇要是指无水乙醇，在汽油中添加一定比例的乙醇，不仅提高汽油辛烷值、清洁引擎、使汽油燃烧更充分，而且减少25％一40％尾气有害物质的排放量。

植物纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源，植物每年通过光合作用，能产生高达15．5 *10¹ºt纤维素类物质，其中纤维素、半纤维素的总量为8．5×10¹ºt。研究开发纤维素的转化技术，对开发新能源，保护环境具有非常重要的现实意义。利用纤维素资源生产生物乙醇被认为是解决能源危机的最为理想的办法。纤维素通过酶法或者化学转化，可降解成葡萄糖、木糖等物质，进一步通过工业发酵，形成生物乙醇替代石油。但纤维素大分子的降解一直是生产环节中的难点。一旦纤维素的转化解决了技术经济成本的难题，人类利用生物能源替代化石能源理想就有望实现。

我国开发生物燃料乙醇开始于2O世纪末。2001年国家投资50亿元在黑龙江、吉林、安徽河南省建立了4个定点大型陈化粮(玉米、小麦)乙醇生产企业，年生产能力130万t。2007年又在广西建立以木薯为原料的广西中粮生物质能有限责任公司，年设计产量2O万t，于2007年底建成投产。目前我国全封闭使用乙醇汽油的有黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽、广西6省区，此外还有江苏、山东、湖北、河北等省部分城市。我国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物燃料乙醇生产国和应用国。

2.生物柴油(biodiese1) 开发生物柴油替代石化柴油已成为新能源开发的重要途径之一。生物柴油

可以由植物油脂通过酯交换反应来制备，可作为燃料直接应用于大多数的柴油引擎中，燃烧特性方面优于石化柴油，具有突出的环境友好性和可再生性，燃点高，生产、使用、贮运过程安全性好。

全球生物柴油产量自2004年后迅猛发展，产量从2004年的21．96亿L猛增到2007年的98．4l 亿L，年均增长量达25．48亿L。从地区分布来看，欧盟是生物柴油生产最为集中的地区。2005年欧盟生物柴油产量约占世界总量的85％，其中，德国、法国和意大利分别占世界总量的50％、14％和6％。此外，美国占8％，巴西和澳大利亚各占约2％，其他国家合计仅占3％。

3.裂解产物(thermalcracking pwduet) 植物质资源向能源转换还有气化和热裂解方式等。植物质

的气化技术包括甲烷的生产和高温气化技术，前者是有机质向碳化合物转化的主要形式。热裂解是在缺氧或限制性供氧情况下，对有机质进行高温分解，产生可利用的油和气，常规裂解仅能产生10％一20％的生物油，近年来发展出的快速热解技术能够产生原料重量的4O％一60％的生物油。由于产物组分复杂，仅能作为燃料利用。

生物能源生产技术研究进展

1．生物柴油生产技术

目前，生物柴油的制备可采用物理法和化学法，物理法包括直接混合法和微乳液法等，化学法包括高温热裂解法和酯交换法等。而用于工业化生产主要是应用酯交换法。以各种原料生产生物柴油的工艺方法很多，化学法间歇式油脂醇解工艺，连续式酯交换，CD一工艺(CIMBARIA SKET ／德国)，BIOX工艺(BIOX／加拿大)，Esterfip—H工艺(Axens公司／法国)等，通常以酸或碱为催化剂。目前世界各国也普遍使用碱或酸催化酯交换制取生物柴油的工艺，但存在着酸碱腐蚀设备、二次污染等问题，而酶促酯交换可以克服以上缺点 J。酶促酯交换主要是利用脂肪酶作为催化剂，来实现油脂酯交换制取生物柴油的技术。以往生物酶法制造生物柴油采用的酶需从国外进口，且每公斤需要成本1万元。为了降低生产成本、提高国内生产生物柴油的技术水平，最近秦皇岛科技领先公司与北京化工大学合作共同开发固定化脂肪酶，采用生物酶法生产生物柴油，即通过生物作用将动植物油脂废气物转化为柴油。专家认为，这在我国能源结构转变和能效提升