生物质能的开发与利用

生物质能的开发与利用

摘要：随着化石燃料的短缺和其使用时产生的污染问题的加剧，生物质能以其可再生、低污染、分布广泛等特点，日益受到世界各国的重视。本篇论文从生物质能的概念入手，综合国内外对生物质能利用现状分析其优势、利用技术及开发研究前景。

21世纪被誉为是“生物能源时代”，是生物的世纪,是科学技术飞速发展新世纪。可持续发展是当前经济发展的趋势所在，面对化石能源的枯竭和环境的污染,生物能源的开发利用为经济的可持续发展带来了曙光。

（一）新能源之生物质能研究背景

当代社会使用最广泛的能源是煤炭、石油、天然气和水力，特别是石油和天然气的消耗量增长迅速，已占全世界能源消费总量的60％左右。但是，石油和天然气的储量是有限的，许多专家预言，石油和天然气资源将在40年、最多50—60年内被耗尽，而煤炭资源虽然远比石油和天然气资源丰富，但是直接应用煤炭严重污染环境。因此，为避免能源危机的出现，以化石能源为基础的常规能源系统正逐步持久的、多样化的、可以再生的新能源系统过渡。

我国自然资源总量排世界第七位，能源资源总量约4万亿吨标准煤，居世界第三位。在能源领域面临的主要挑战是：(1)人均能源资源占有量不足，且分布不均；(2)人均能源消费量低，单位产值的能耗高；(3)能源构成以煤为主；(4)工业部门消耗能源占有很大的比重；(5)农村能源短缺，以生物质能为主；(6)从能源安全

角度考虑，我国能源面临挑战；(7)能源品种结构不合理，优质能源供应不足；(8)能源工业技术水平有待进一步提高；(9)节能提效工作亟待加强等。

为此已出台的发展可再生能源的相关方钭政策、规章制度：1992年国务院批准的《中国环境发展十大对策》中明确提出，要“因地制宜地开发利用和推广大阳能、风能、地热能、生物质能等新能源”；连续在四个国家五年计划中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。国家先后制定了《可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源发展“十一五”规划》和《可再生能源产业发展指导目录》、《生物产业发展“十一五”规划》，提出了生物质能发展的目标任务，明确了相关扶持政策。科技部将生物柴油技术列入“十一五”国家863计划和国际科技合作计划。

在众多新能源中，生物质能拥有其独特的“至美”之处——既环保、安全。可再生，在于它是可再生能源领域唯一可以转化为液体燃料的能源。如甜高粱，不仅可以通过能量转换替代化石液体燃料，保障能源安全，同时还能保障粮食安全，而且还能吸收二氧化碳，加工过程中无污染，原料得以物尽其用。

虽然现阶段生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小，但是其发展潜力不可估量。（二）生物质能概论

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（biomass energy ），就是太阳能

以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。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。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。生物质能蕴藏在植物、动物和微生物等可以生长的有机物中，它是由太阳能转化而来的。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。

该能源的主要优势：1.生物燃料是唯一能大规模替代石油燃

料的能源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热；2.原料上的多样性：可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物；3.产品上的多样性：能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电；4.生物燃料的“物质性”：可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系，这是其他可再生能源和新能源不可能做到的；5.生物燃料的“可循环性”和“环保性”：生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品；生物燃料的

全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环，做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式；6.生物燃料的“带动性”：生物燃料可以拓展农业生产领域，带动农村经济发展，增加农民收入；还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展；7.生物燃料具有对原油价格的“抑制性”等等。

生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气。根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋

年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量

远远超过全世界总能源需求量,相当于

目前世界总能耗的10倍。我国可开发为能源的生物质资源到2010年可达3亿吨。随着农林业的发展,特别是炭薪林的推广,

生物质资源还将越来越多。

（三）生物质能利用现状、利用技术（从国外、国内两方面）国外生物质能发展现状：国外的生物质能技术和装置多已达到商业化应用程度，实现了规模化产业经营，以美国、瑞典和奥地利三国为例，生物质转化为高品位能源利用已具有相当可观的规模，分别占该国一次能源消耗量的4％、16和10％。在美国，生物质能发电的总装机容量已超过10000兆瓦，单机容量达10～25兆瓦；美国纽约的斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，回收沼气，用于发电，同时生产肥料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，目前乙醇

燃料已占该国汽车燃料消费量的50％以上。美国开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，建立了1兆瓦的稻壳发电示范工程，年产酒精2500吨。主要的利用技术：

1）沼气技术：此技术主要是利用厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。20世纪80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活燃料。发达国家一直以来则主要发展厌氧技术，以处理禽畜粪便、垃圾和高浓度有机废水。目前，印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了处理禽畜粪便的大中型沼气应用示范工程。

2）热裂解气化技术：早在20世纪70年代，美国、日本、加拿大、欧共体等发达国家就开始了对生物质热裂解气化技术的研究与开发。其中，流化床气化技术由于具有床内气固接触均匀、反应面积大、反应温度均匀、气化强度大等优点，从1975年以来一直是科学家们关注的热点。

3）液体燃料技术：生物质液体燃料开发是一项备受关注的技术，因为生物质液体燃料包括燃料乙醇、生物质液化油、生物柴油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。

4）压缩技术：生物质压缩技术可将固体农林废弃物压缩成型，制成可代替煤炭的压块燃料。成型燃料主要应用于二个方面：一是进一步炭化加工制成木炭棒或木炭块，作为民用烧栲木炭或工业用木炭原料；二是作为燃料直接燃烧，用于家庭或暧房取暧用燃料。