中國生物能源現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

1、中國生物能源的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景摘要：隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人類對能源的需求越來越高，但是地球化石資源的儲存量卻在逐漸降低，同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也不斷惡化。這些都迫使全球能源結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)整，開發(fā)新的能源。生物能源由于其可再生性，它的發(fā)展不僅可以從根本上解決能源危機(jī)，而且還能改善日益惡化的環(huán)境。本文闡述了當(dāng)前我國生物能源的主要種類，生物能源的生產(chǎn)技術(shù)研究現(xiàn)狀及生物能源在我國的發(fā)展現(xiàn)狀，并展望了生物能源的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：生物能源 種類 生物能源技術(shù) 前景 The present situation and the development of biological energy&

2、#160; in China Abtract ：Along with the development of society and the improvement of technology ,our needs for the sources of energy is higher and higher.,However, the storage of traditionnal fossile energy in earth is little by little, at the same time, the situation of the ecological environment i

3、s not optimistic. As a result,the exploit of new energy turns into an important strategy. As a recyclable resource, biological energy, not only can resolve the energy crises radically,but also improves the ecological environment.This article describes the type of our countrys biological energy,

4、 expounds how to make biological energy. And the progress status in China in the present.In the and,this essay further analyses the development in the future of biological energy . Key words : biological energy, type, biological enegy technology, prospect 近年來，石油價(jià)格上漲和全球氣候變化的影響，可再生能源開發(fā)利

5、用日益受到國際社會的重視。其中，生物能源作為目前可直接利用、能較大規(guī)模生產(chǎn)并替代運(yùn)輸燃料的能源產(chǎn)品之一，已成為可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。但是，一些地方出現(xiàn)的一哄而上發(fā)展生物能源的傾向令人擔(dān)憂。因此，對發(fā)展生物能源進(jìn)行全面、客觀的評估，顯得尤為重要。一、什么是生物能源生物能源又稱生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的能量形式，即以生物為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。二、生物能源的種類1、森林

6、能源 森林能源是森林生長和林業(yè)生產(chǎn)過程提供的生物質(zhì)能源，主要是薪材，也包括森林工業(yè)的一些殘留物等。森林能源在我國農(nóng)村能源中占有重要地位，我國農(nóng)村消費(fèi)森林能源約合1億噸標(biāo)煤，占農(nóng)村能源總消費(fèi)量的30以上，而在丘陵、山區(qū)、林區(qū)，農(nóng)村生活用能的50以上靠森林能源。薪材來源于樹木生長過程中修剪的枝杈，木材加工的邊角余料，以及專門提供薪材的薪炭林。2、農(nóng)作物秸稈農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也是我國農(nóng)村的傳統(tǒng)燃料。秸稈資源與農(nóng)業(yè)主要是種植業(yè)生產(chǎn)關(guān)系十分密切。根據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)出量為604億噸，其中造肥還田及其收集損失約占15，剩余5134億噸。可獲得的農(nóng)作物秸稈5134億噸

7、除了作為飼料、工業(yè)原料之外，其余大部分還可作為農(nóng)戶炊事、取暖燃料，目前全國農(nóng)村作為能源的秸稈消費(fèi)量約2.862億噸，但大多處于低效利用方式即直接在柴灶上燃燒，其轉(zhuǎn)換效率僅為10一20左右。在較為接近商品能源產(chǎn)區(qū)的農(nóng)村地區(qū)或富裕的農(nóng)村地區(qū)，商品能源(如煤、液化石油氣等)已成為其主要的炊事用能。以傳統(tǒng)方式利用的秸稈首先成為被替代的對象，致使被棄于地頭田間直接燃燒的秸稈量逐年增大，許多地區(qū)廢棄秸稈量已占總秸稈量的60以上，既危害環(huán)境，又浪費(fèi)資源。3、禽畜糞便禽畜糞便也是一種重要的生物能源。除在牧區(qū)有少量的直接燃燒外，禽畜糞便主要是坐沼氣的發(fā)酵原料。中國主要的禽畜是雞、豬和牛，根據(jù)這些禽畜品種、體重、

8、糞便排泄量等因素，可以估算出糞便資源量。根據(jù)計(jì)算，目前我國禽畜糞便資源總量約8.5億噸，折合7840多萬噸標(biāo)煤，其中牛糞5.78億噸，4890萬噸標(biāo)煤，豬糞2.59億噸，2230萬噸標(biāo)煤，雞糞0.14億噸，717萬噸標(biāo)煤。4、生活垃圾城鎮(zhèn)生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商業(yè)、服務(wù)業(yè)垃圾和少量建筑垃圾等廢棄物所構(gòu)成的混合物，成分比較復(fù)雜，其構(gòu)成主要受居民生活水平、能源結(jié)構(gòu)、城市建設(shè)、綠化面積以及季節(jié)變化的影響。中國大城市的垃圾構(gòu)成已呈現(xiàn)向現(xiàn)代化城市過渡的趨勢，有以下特點(diǎn)：一是垃圾中有機(jī)物含量接近1/3甚至更高；二是食品類廢棄物是有機(jī)物的主要組成部分；三是易降解有機(jī)物含量高。三、主要的生物能源技術(shù)1

9、 ，生物質(zhì)液化燃料乙醇的開發(fā) 生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇的原料主要有剩余糧食、能源作物和農(nóng)作物秸稈等。利用糧食等淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇是工藝很成熟的傳統(tǒng)技術(shù)。用糧食生產(chǎn)燃料乙醇雖然成本高，價(jià)格上對石油燃料沒有競爭力，但由于近年來我國糧食增收，已囤積了大量陳化糧，我國政府于2002年制定了以陳化糧生產(chǎn)燃料乙醇的政策，將燃料乙醇按一定比例加到汽油中作為汽車燃料，已在河南和吉林兩省示范。國內(nèi)外燃料乙醇的應(yīng)用證明，它能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)處于良好的技術(shù)狀態(tài)，改善不良的排放，有明顯的環(huán)境效益。然而我國剩余糧食即使按大豐收時(shí)的3000萬t全部轉(zhuǎn)化為乙醇來算，可生產(chǎn)1000萬t乙醇，也只有2000年原油缺口的1/10；而且隨著中

10、國人口的持續(xù)增長，糧食很難出現(xiàn)大量剩余。因此，陳化糧是一種不可靠的能源 從原料供給及社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益來看，用含纖維素較高的農(nóng)林廢棄物生產(chǎn)乙醇是比較理想的工藝路線。生物質(zhì)制燃料乙醇即把木質(zhì)纖維素水解制取葡萄糖，然后將葡萄糖發(fā)酵生成燃料乙醇的技術(shù)。纖維素水解只有在催化劑存在的情況下才能顯著地進(jìn)行。常用的催化劑是無機(jī)酸和纖維素酶，由此分別形成了酸水解工藝和酶水解工藝。我國在這方面開展了許多研究工作，比如華東理工大學(xué)開展了以稀鹽酸和氯化亞鐵為催化劑的水解工藝及水解產(chǎn)物葡萄糖與木糖同時(shí)發(fā)酵的研究，轉(zhuǎn)化率在70以上。中國科學(xué)院過程工程研究所在國家攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，開展了纖維素生物酶分解固態(tài)發(fā)酵糖化乙醇的研

11、究，為纖維素乙醇技術(shù)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。以美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)為代表的研究者，近年來也進(jìn)行了大量的研究工作，如通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到了能發(fā)酵五碳糖的酵母菌種，開發(fā)了同時(shí)糖化發(fā)酵工藝，并建成了幾個(gè)具有一定規(guī)模的中試工廠，但由于關(guān)鍵技術(shù)未有突破，生產(chǎn)成本一直居高不下。纖維素制乙醇技術(shù)如果能夠取得技術(shù)突破，在未來幾十年將有很好的發(fā)展前景。2，生物質(zhì)液化生物柴油的開發(fā)生物質(zhì)液化技術(shù)較為重要的方式之一是快速熱解生產(chǎn)液體燃料技術(shù)，其主產(chǎn)品就是各種生物油。這種技術(shù)始于20世紀(jì)70年代末，迄今，為降低快速熱解法的生產(chǎn)成本，各國已經(jīng)對多種反應(yīng)器和工藝進(jìn)行了研究，特別是歐美等發(fā)達(dá)國家，在進(jìn)行全面的理論研

12、究的基礎(chǔ)上，已建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置?？焖贌峤夥ㄉa(chǎn)的液體燃料可以替代許多鍋爐、發(fā)動(dòng)機(jī)及透平機(jī)所用的燃油，而且還可以從中萃取或衍生出一系列化學(xué)物質(zhì)，如食品添加劑、樹脂、藥劑等。發(fā)達(dá)國家在運(yùn)用生物技術(shù)降低生物柴油的黏度、提高十六烷值、增加低碳脂肪酸含量，獲得高品位燃油等方面進(jìn)行了長期的探索。在利用菜籽油替代柴油的研發(fā)方面，栽培高產(chǎn)油菜的英國及北歐國家進(jìn)行，通過酯化降低其黏度，使之適合于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。該技術(shù)可規(guī)?；瘧?yīng)用，2002年歐盟國家已生產(chǎn)替代柴油百余萬噸。美國目前年生產(chǎn)生物柴油100萬噸，計(jì)劃2020年達(dá)到1 200萬噸。生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)方面，荷蘭研究開發(fā)出旋轉(zhuǎn)錐反應(yīng)器，將生物質(zhì)顆粒與惰性

13、熱載體一起加入旋轉(zhuǎn)錐底部，當(dāng)沿著錐壁螺旋上升時(shí)，發(fā)生快速熱分解。這種技術(shù)能達(dá)到較高的油產(chǎn)量。與流化床快速熱解相比，因不需要載氣，整個(gè)系統(tǒng)效率提高。3， 生物制氫 生物制氫課題最先由Lewis于1966年提出，20世紀(jì)70年代能源危機(jī)引起了人們對生物制氫的廣泛關(guān)注，并開始進(jìn)行研究。生物質(zhì)資源豐富，是重要的可再生能源。生物質(zhì)可通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫。在生理代謝過程中產(chǎn)生分子氫，可分為兩個(gè)主要類群：1）包括藻類和光合細(xì)菌在內(nèi)的光合生物；Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物的研究已經(jīng)開展并取得了一定的成果。2

14、）諸如兼性厭氧和專性厭氧的發(fā)酵產(chǎn)氫細(xì)菌。 目前以葡萄糖，污水，纖維素為底物并不斷改進(jìn)操作條件和工藝流程的研究較多。中國在此方面研究也取得了一些進(jìn)展，任南形琪等1990年就開始開展生物制氫技術(shù)的研究，并于1994年提出了以厭氧活性污泥為氫氣原料的有機(jī)廢水發(fā)酵法制氫技術(shù)，利用碳水化合物為原料的發(fā)酵法生物制氫技術(shù)。該技術(shù)突破了生物制氫技術(shù)必須采用純菌種和固定技術(shù)的局限，開創(chuàng)了利用非固定化菌種生產(chǎn)氫氣的新途徑，并首次實(shí)現(xiàn)了中試規(guī)模連續(xù)流長期生產(chǎn)持續(xù)產(chǎn)氫。在此基礎(chǔ)上，他們又先后發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)氫能力很高的乙醇發(fā)酵類型發(fā)明了連續(xù)流生物制氫技術(shù)反應(yīng)器，初步建立了生物產(chǎn)氫發(fā)酵理論，提出了最佳工程控制對策。該項(xiàng)技術(shù)和理

15、論成果在中試研究中得到了充分的驗(yàn)證：中試產(chǎn)氫能力達(dá)5.7m3H2/m3.d，制氫規(guī)模可達(dá)5001000m3/m3，且生產(chǎn)成本明顯低于目前廣泛采用的水電解法制氫成本。4，厭氧發(fā)酵技術(shù) 厭氧發(fā)酵是指在隔絕氧氣的情況下，通過細(xì)菌作用進(jìn)行生物質(zhì)的分解。將有機(jī)廢水（如制藥廠廢水、人畜糞便等）置于厭氧發(fā)酵罐（反應(yīng)器、沼氣池）內(nèi)，先由厭氧發(fā)酵細(xì)菌將復(fù)雜的有機(jī)物水解并發(fā)酵為有機(jī)酸、醇、H2和CO2等產(chǎn)物，然后由產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將有機(jī)酸和醇類代謝為乙酸和氫，最后由產(chǎn)CH4菌利用已產(chǎn)生的乙酸和H2、CO2等形成CH4 ，可產(chǎn)生CH4 （體積分?jǐn)?shù)為55 65 ）和CO2

16、 （體積分?jǐn)?shù)為30 40 ）氣體混合物。5， 生物質(zhì)燃燒技術(shù)生物質(zhì)燃燒方面，主要集中于提高燃燒效率。著力改進(jìn)鍋爐設(shè)計(jì)，提高單一生物質(zhì)燃料或與煤混合燃燒鍋爐的熱效率，以降低鄉(xiāng)村、小鎮(zhèn)生物質(zhì)發(fā)電和供熱的成本。奧地利最大的電力供應(yīng)商VERBUND對以下四種方式進(jìn)行了研究： 生物質(zhì)在一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)中燃燒，產(chǎn)生的熱用于現(xiàn)有電廠的鍋爐；生物質(zhì)在組裝于燃煤鍋爐爐膛中的爐排上燃燒；用專用粉碎機(jī)粉碎生物質(zhì)，在燃煤鍋爐中與粉煤一起燃燒；生物質(zhì)在氣化爐中氣化，燃?xì)庾鳛殄仩t燃料。四、我國生物能源的發(fā)展由于形態(tài)、存貯、運(yùn)輸?shù)扰c石油產(chǎn)品相近，我國生物質(zhì)能源的產(chǎn)品首推燃料乙醇。作為一種性能良好的

17、生物燃料，燃料乙醇有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和比較成熟的生產(chǎn)技術(shù)。目前，乙醇汽油的消費(fèi)量占全國汽油消費(fèi)量的20%，我國已成為世界上第三大生物燃料乙醇生產(chǎn)國。國家發(fā)改委、安徽、山東、河南、河北等已制定出相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策和實(shí)施法規(guī)，并在財(cái)政上給予補(bǔ)貼。 燃料乙醇生產(chǎn)之初，國內(nèi)庫存的近一億噸陳化糧是主要原料，但是隨著燃料乙醇產(chǎn)量的不斷增長，國家糧庫的陳化糧漸不能滿足需要。目前這些陳化糧已經(jīng)用完。乙醇生產(chǎn)開始轉(zhuǎn)向采用新糧作為原料。我國總體上人多地少，農(nóng)業(yè)后備資源不足，在較長的一個(gè)時(shí)期里，我國的糧食供應(yīng)將處于平衡偏緊狀態(tài)。2006年開始，國內(nèi)糧食市場價(jià)格不斷上揚(yáng)，燃料乙醇的生產(chǎn)成本逐級提高，生產(chǎn)企業(yè)利潤下降。如果進(jìn)一

18、步發(fā)展生產(chǎn)，主要原料玉米等供給空間十分有限，客觀上無法支撐糧食乙醇的擴(kuò)張。 另一方面，國家主管部門制定的生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃，重點(diǎn)支持用木薯、甜高粱、秸稈等非糧原料生產(chǎn)燃料乙醇。從政策上明確我國在生物質(zhì)能源的發(fā)展方向上將堅(jiān)持以非糧為主。五、生物能源的前景與方向   由于生物質(zhì)能源所具有的環(huán)保、可再生等特點(diǎn)，同時(shí)又能推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，在目前國際原油市場回落無望的情況下，生物質(zhì)能源再度加溫，已被認(rèn)為是解決全球能源危機(jī)的最理想途徑之一。 目前，歐美及世界多數(shù)地區(qū)都在尋求生物能源發(fā)展之道。我國2004年開始在部分地區(qū)試點(diǎn)使用乙醇汽油之后，生物質(zhì)能源發(fā)展方面也取得了較大的進(jìn)展。以玉米、小麥等生產(chǎn)乙醇，用豆油、棉油等生產(chǎn)生物柴油各地紛紛興起。但“糧食能源化”是否會影響糧食安全？最新技術(shù)進(jìn)展和專家研究結(jié)論表明：鼓勵(lì)發(fā)展非糧生物質(zhì)能源是解決我國糧食安全和能源安全的根本之道。六、結(jié)束語現(xiàn)今世界上的很多國家都很重視發(fā)展生物能源技術(shù)。在三大化石燃料迅速枯竭的今天，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展卻使得人類對能源的需求量大大增加，生物能源作為一種新型可再生的環(huán)保能源，它所帶給我們的，除了機(jī)遇，還有很多的挑戰(zhàn)。在這些挑戰(zhàn)面前，我們沒有辦法將其完全消除，但是卻應(yīng)該盡全力將其減小到最小化?，F(xiàn)在，國際上對生物能源的利用主要是以糧食為原料，然后實(shí)現(xiàn)與普通能源之間的轉(zhuǎn)化，其間有很大的利