生物质能

生物质能研究现状与前景

摘要：简要分析了生物质能资源及其特点和我国生物质能开发的意义。回顾了国内外生物质能及其转换技术的发展与应用现状，并预测了生物质能利用的趋势。

关键词：生物质能源二次能源综述现状前景

0 引言

能源是人类社会生存、国民经济发展的必备资源和重要战略物资。占目前世界一次能源供应87. 7%[1]的化石能源，因其不可再生性、稀缺性以及附带产生的诸多严重环境问题，已经制约人类的可持续发展。化石能源若以目前的消费方式将影响到未来人类的发展，能源将成为未来人类社会发展的瓶颈。此外，化石能源的大量使用也是大气中CO2、SO2等温室气体和污染气体浓度不断提高的一个非常重要原因。能源紧缺以及由其产生的生态环境恶化，使得当今能源和环境科学研究的一个重要领域是寻找新的替代能源。生物质能是指利用自然界的植物、粪便以及城乡有机废物转化成的能源，主要包括农业生物质资源、林业生物质资源和工业废水及城市固体废弃物，通过燃烧、生化法、化学法和物理化学法等利用技术，可转化为二次能源。生物质能来源于太阳能，生物质是太阳能的有机能量库，取之不尽，用之不竭，是一种可再生能源。全球每年经光合作用产生的生物质约1700亿吨，其能量相当于世界主要燃料贡献的10倍，而作为能源的利用量还不到总量的1%[2]，开发潜力巨大。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等。开发与利用生物质能源，对保障国家能源安全具有重大意义。

1生物质能及其特点

1.1生物质能分类

自然界生物质种类繁多，分布广泛，包括了所有水生和陆生生物及其代谢产物。但是能够作为能源用途的生物质才属于生物质能资源，其基本条件是资源的可获得性和可利用性。生物质能资源，按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：

l) 农业生产废弃物，主要有秸秆（稻草、麦秸、棉花秸等）、杂草、稻壳、花生壳等；

2) 林业资源，包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等；木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等；林业副产品的废弃物，如果壳和果核等；

3) 薪柴、枝枉柴和柴草；

4) 人畜粪便和生活有机垃圾等；

5) 工业有机废弃物，有机废水和废渣等；

6) 能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物，林木和水生植物资源等，如麻风树、油桐、漆树、黄连木、油橄榄、油翅果、四合木等[3]。

其中，各类农林，工业和生活有机废弃物是目前生物质能利用的主要原料。

1.2 生物质能特点

从化学的角度上看，生物质的组成是C-H-O化合物。它与常规的矿物燃料，如石油、煤等是同类，所以生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，但是生物质有其矿物能源无法比拟的优势。主要包括：

1）生物质能蕴藏量巨大，地球上每年生物质能总量约1400-1800亿吨，而且是可再生的能源只要有阳光照射，绿色植物的光合作用就不会停止，生物质能也就永远不会枯竭。特别是在大力提倡植树、种草、合理采樵保护自然环境的情况下，植物将会源源不断的供给生物质能源。

2）生物质能源具有多功能性，兼容性最好，既是可再生能源，也能生产出上千种的化工产品，是太阳能、风能、水能等可再生能源不可比拟的，同时也是唯一可存储和运输的可再生能源。这给对其加工转换与连续使用带来一定的方便。

3）生物质能因其主要成分为碳水化合物，在生产及使用过程中与环境友好性又胜煤炭、石油等化石能源一筹。而且是对资源进行的循环利用，将有机物转化成燃料，可减少对环境的污染，如垃圾燃料。产生的二氧化碳又可被等量生长的植物光合作用所吸收，这就是人们常说的实现二氧化碳”零”排放，这对减少大气中的二氧化碳含量从而降低”温室效应”极为有利。4）生物质含硫量和灰分都比煤低，因此生物质利用过程中NO x的排放较少，明显减少空气

污染和酸雨现象，这也是开发利用生物质能的主要优势之一。

5）普遍性、易取性，几乎不分国家地区，它到处存在。而且廉价易取生产，过程极为简单，应用技术上的难题较少。

6）对生物质能的利用是农业生产的一部分，可以发展农村经济，增加农民收入，促进农业的工业化中小城镇建设，富余劳动力转移以及缩小工农和城乡差别。

生物质能源也有其弱点：

1) 生物质能的加工转化刚刚起步，规模小，技术不成熟，加之原料分散等因素使其成本居高不下。其质量轻，体积大，给运输带来一定难度。并且风、雨、雪、火等外界因素，对它的保存带来不利条件。

2）从质量密度的角度来看，作为燃料与矿物能源相比不具优势，它是能量密度较低的低品位能源(表1)[4]。

3) 由于技术上不完善，生物质能的热值及热效率低，直接燃烧生物质的热效率仅为10%-20%，

是低效而不经济的。

4）缺乏适合栽种植物的土地，且单位土地面积的有机物能量偏低。

5）生物质能发展也可能对生物多样性产生影响。如果用生产生物质能的作物替代自然覆盖，如森林和湿地，因品种较为单一，生态系统的功能将削弱，生物多样性将降低。此外，生物质能的利用对水土流失、土壤肥力变化和水污染等生态环境问题都有重要影响。

2生物质能利用技术的开发现状

2.1 生物质转化技术

人类对生物质能的利用已有悠久的历史，但是，在漫长的时间里，总是以直接燃烧的方式利用它的热量，直到20 世纪特别是近一、二十年，当人们普遍提高了能源与环保意识，对地球固有的化石燃料日趋减少有一种危机感，在可再生能源方面寻求能源持续供给的今天，生物质利用新技术的研究与应用，才有了快速的发展。纵观国内外已有的生物质能利用技术，大体上如图1所示[5]。

2.2我国生物质研究意义

2.2.1 我国生物质资源概况

我国是农业大国，也是林业大国，因此，生物质资源主要产出于广大农村和山林地区。目前我国农作物播种面积约为15亿亩，每年产出的农业秸杆约7亿吨，除部分作为造纸原料和畜牧饲料外，剩余部分都可以作为燃料使用。据不完全统计，有50%以上可作为能源使用，即3.5亿吨。此外，农产品加工废弃物，包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣和棉籽壳等，

也是重要的生物质资源。据统计，农产品加工废弃物在2亿吨以上。

我国现有森林面积1.75亿公顷，森林搜盖率18.21%，具有各类林木质资源量在20亿吨以上。每年通过正常的灌木平茬复壮、森林抚育间伐、果树绿篱修剪、以及收集森林采伐、造材、加工剩余物等，可获得生物质能约8-10亿吨。今后随着造林面积的扩大和森林覆盖率的提高，生物质资源量将会不断扩大。预计到2020年，全国每年可获得生物质量约20亿吨。另外，目前我国生猪、家禽和牛等畜禽养殖业粪便排放量约18亿吨，实际排出污水总量约200亿吨，可生产沼气约500亿立方米。全国工业企业每年排放的(可转化为沼气)有机废水和废

渣约25亿立方米，可生产沼气约10亿立方米。我国目前每年城市垃圾量为1.3亿吨，随着城

市化的进一步发展，城市垃圾量还会不断增加。综合以上各项保守地估计，我国可以作为能