我国生物质能源的发展现状和利用

我国生物质能源技术发展

热物理王其桢 13S002009

1 生物质能利用现状

生物质能源一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。我国政府及有关部门对生物质能源的利用也极为重视，目前已有一大批优秀的科研成果问世，如户用沼气技术、禽畜粪便沼气技术、生物质气化供气和发电技术、生物质压块技术等，并取得了较好的经济和社会效益。

以生物质为载体,由生物质产生的能量,便是生物质能。生物能是太阳能以或间接地来源于植物的光合作用,在各种可再生能源中,生物质是独特的,它是贮存的太阳能,更是一种唯一可再生的碳源,可转化成常规的固态，液态和气态燃料。生物质遍布世界各地,其蕴藏量极大,仅地球上的植物,每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大,但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。开发绿色能源已成为当今世界上工业化国家开源节流，化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发绿色能源方面取得了良好成绩,其中有些国家通过实施绿色能源政策,在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾,改善了环境。

我国拥有丰富的生物质能资源,我国理论生物质能资源50亿吨左右。目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物,包括农作物秸秆，薪柴，禽畜粪便，工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而,由于农业，林业，工业及生活方面

的生物质资源状况非常复杂,缺乏相关的统计资料和数据,以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响。因此,生物质的消耗量是最难确定或估计的。我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视,己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目,开展了生物质能利用技术的研究与开发。如户用沼气池，节柴炕灶，薪炭林，大中型沼气工程，生物质压块成型，气化与气化发电，生物质液体燃料等,取得了多项优秀成果。

人类的文明进步和社会生产力的发展使得人类对能源的需求越来越大,而严峻的能源形势日益成为全世界关注的焦点。地球上亿万年积累的化石能源(石油、天然气、煤等),仅能支撑300年的大规模开采就将面临枯竭。人们终于认识到,化石能源的使用不是无限的。农作物秸秆作为一种农业生产的副产品,产量大，分布广,同时也是一项重要的生物资源)其含氮、磷、钾、碳的平均含量分别为0.6%、0.3%、10%、45%。据统计,我国年产农作物秸杆6.2亿吨,其数量相当于北方草原打草量的50多倍,资源拥有量居世界首位。

历史上,我国有着利用秸秆的优良传统，农民用秸秆建房蔽日遮雨,用秸秆烧火做饭取暖,用秸秆养畜积肥还田。合理利用秸秆是我国传统农业的精华之一。随着科技进步和社会发展,一方面,秸秆利用开辟了新路子,其综合利用成为一篇必须做好的很有价值的大文章；另一方面,焚烧秸秆在一些地区愈演愈烈,成为必须认真对待，下决心解决的紧迫问题。作物秸秆利用中的问题出现的原因归纳为如下几方面:第一是农业普遍增收之后,农作物秸秆越来越多,但综合利用滞后,秸秆出现过剩；第二是随着农民收入增加，生活水平不断提高,农民宁愿增用化肥和燃煤,而少用秸秆作肥料和燃料；第三是由于农作物复种指数提高,特别是近几年小麦机收面积扩大,麦秸留茬过高,灭茬机械和免耕播种技术推广没有跟上,

造成农民为赶农时放火焚烧秸杆和留茬。合理利用资源,保护环境,直接关系到国民经济的可持续发展。党中央、国务院对此历来十分重视。党的十四届五中全会在《关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议》中,做出了关于实现两个根本性转变和实施可持续发展战略的重大决策;并在2000一2010年新能源和可再生能源产业发展规划要点中明确指出:推广秸杆气化集中供气、发电技术,不仅能有效缓解农村高品位商品能源短缺问题,而且有利于实现秸杆全面禁烧及其综合利用。因此,秸秆禁烧及其综合利用工作作为资源与环境保护的大事、作为实施农业可持续发展战略和实现两个根本性转变的重要措施,被纳入议事日程。多种多样的新技术如雨后春笋,令秸杆综合利用工作别开生面。但是,单一的技术很难充分利用其潜在价值。于是,我们尝试对其进行组合,期望能更有效的利用秸秆。

2 生物质能源利用技术

2．1 沼气技术

沼气技术是我国在20 世纪70 年代就已开发并全面推广的生物质能源利用技术，“九五”期间，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点项目，已取得预期的进展。“十五”科技攻关课题《大型高效厌氧沼气发电技术及示范电站》以污水处理达标和大功率沼气发电机组为主攻方向，利用污水处理所得沼气建造沼气发电示范工程。目前，我国已建成大中型沼气池3万多个，总容积超过137万m3，年产沼气5500 万m3。

2．2 生物质气化技术

“八五”期间，“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻关课题取得了重大

突破，相继研发了生物质中热值气化装置、100户生物质气化集中供气系统与装置、食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；“九五”期间，“生物质热解气化及相关技术”的科技攻关专题重点研究开发了1MW 大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术；“十五”期间，中国科学院广州能源研究所研发了“4MW 生物质气化联合循环发电系统”，以谷壳、木屑、稻草等多种生物质废弃物为原料，发电效率可达20％～28％，运行每度成本约0．35～0．45 元，为农村农业废弃物的处理找到了新的有效途径。目前全国已建成农村气化站200 多个，谷壳气化发电机组100 多台套，生物质气化技术有了长足的发展。

2．3 固体和液体燃料技术

“八五”期间，我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块状或颗粒状生物质成型燃料，目前该项技术产业化进展顺利。中国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500 h 以上，达到国际先进水平。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建设。“十五”期间，我国对植物油和生物质裂解油等代用燃料进行了初步试验研究，包括植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性能等。

2．4 生物质工程技术

在生物质工程领域，对于国际公认的克服木质纤维素分子对生物转化的抗性由多糖降解为可发酵糖、通过微生物代谢工程和基因工程研究利用可发酵糖生物转化、产物分离三大技术难题，我国均有着独到的技术优势。例如：我国开发的一体式膜生物反应器连续发酵技术，不仅解决了产物对菌种生长的抑制问题，还