生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究

青島農業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)32(3):215~221,2015Journal of Qingdao Agricultural University(Natural Science)文章編號:1674-148X(2015)03-0215-07生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究王雨生,傅建祥(青島農業(yè)大學(xué)學(xué)報編輯部,山東青島266109)摘要:化石能源的日益緊缺及其衍生的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴重。生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和應用,以其可再生性和環(huán)保性,越來(lái)越受到人們的重視。就目前的應用現狀來(lái)看,其應用形態(tài),主要分為固態(tài)生物質(zhì)能源、液態(tài)生物質(zhì)能源和氣態(tài)生物質(zhì)能源三種。采用物理方法的生物質(zhì)固態(tài)成型技術(shù)的優(yōu)勢在于設備簡(jiǎn)單,生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便,利用方式簡(jiǎn)潔,但也同樣存在著(zhù)加工方式粗放,能源轉換效率低下等劣勢。液態(tài)生物質(zhì)能源能夠直接替代現在化石能源的可能性最大,但是它的生產(chǎn)工藝復雜,專(zhuān)業(yè)化集成度較高,推廣有一定的限制。氣態(tài)生物質(zhì)能源利用最廣泛,主要有氣化發(fā)電和農用沼氣等方式。存在的主要利用瓶頸就是氣態(tài)生物質(zhì)當中含有多種雜質(zhì),去除雜質(zhì)的方法缺乏。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現,雖然生物質(zhì)能源的發(fā)展受到一些限制,但是隨著(zhù)其利用技術(shù)的進(jìn)步和現代經(jīng)濟社會(huì )的發(fā)展,生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)和利用前景很廣闊關(guān)鍵詞:固態(tài)生物質(zhì)能源;液態(tài)生物質(zhì)能源;氣態(tài)生物質(zhì)能源中圖分類(lèi)號:TK6文獻標識碼:ADOI:10.3969/J.ISSN.1674-148X.2015.03.012Research on the application of biomass energyWANG Yusheng, Fu JianxiangEditorial Department of Journal of Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)Abstract: It was more and more serious for the increasingly shortage of fossil and its derivative of the environmental pollution. More attentions were paid on the development and application of biomass energy forits renewable and environmental protection. According to the current application status, the applicationforms of biomass energy could be divided into solid, liquid and gaseous. The advantages of solid biomassenergy produced by physical method were of simple equipments, processing technology and utility patternwhile the shortages were of low energy conversion efficiency and processing pattern. The fossil energy wasmost likely to be replaced by liquid biomass energy, while the application of the latter was limited for itcomplex processing pattern and high professional integration. Gaseous biomass energy was used mostwidely as gasification power generation and agricultural biogas. The main problem was that there weremany impurities in gaseous biomass energy and lack of impurities removing methods. According to the investigation, although the development of biomass energy is limited in some aspects, the prospects for ex-ploitation and utilization of biomass energy are great with the progress of the utility technology and development of modern economic society.Key words: solid biomass energy; liquid biomass energy; gaseous biomass energy隨著(zhù)經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人們對能源的依賴(lài)程度源。近百年來(lái),全球各國不同程度的對化石能源進(jìn)越來(lái)越高。但人們也越來(lái)越清醒的認識到,以煤、石行了過(guò)渡性開(kāi)采,化石能源的枯竭已是遲早之事,已油、天然氣為主的化石能源儲量有限,是不可再生能不能滿(mǎn)足人類(lèi)飛速發(fā)展的需求。而且化石能源的集收稿日期:2014-09-20基金項目:青島市農村生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現狀與對策(13-1-3-139-12-(3)-H中國煤化工作者簡(jiǎn)介:王雨生(1979-),男,山東即墨人,碩士,講師,研究方向為生物質(zhì)能源的應用CNMHG通訊作者:傅建祥,E-mail:jxf2239@163.com216青島農業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)32卷中大量消耗,對人類(lèi)居住的環(huán)境造成嚴重的污染,引先進(jìn)的流化床反應器、循環(huán)流化床反應器、真空熱裂發(fā)全球氣溫升高,從而影響了生態(tài)環(huán)境。因此能源解反應器等生物質(zhì)制備設備。3-4美國在生物質(zhì)氣緊缺問(wèn)題、環(huán)境污染問(wèn)題已成為當今世界必須面對化發(fā)電方面處于世界領(lǐng)先地位,發(fā)電量已超過(guò)其利解決的重要問(wèn)題,開(kāi)發(fā)新的可再生綠色能源便成為用風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能發(fā)電的總和。1980年,美各國面臨的重要課題。世界能源發(fā)展已進(jìn)入新一輪國提出以生物柴油代替化石柴油戰略,2005年成為戰略調整期。生物質(zhì)能源是目前人類(lèi)可利用綠色世界第一燃料乙醇生產(chǎn)大國。。巴西長(cháng)期以來(lái)將推可再生能源之一,世界能源委員會(huì )將生物質(zhì)能源列廣乙醇燃料作為國家重要能源政策之一。美國和巴為可再生能源的首選。生物質(zhì)能源分布廣泛,幾乎西是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)國。處處都有,各國對生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)與利用早已如1.2.2國內研究現狀火如茶的展開(kāi)了,有些技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化我國生物質(zhì)直燃發(fā)電和氣化發(fā)電已逐步實(shí)現了產(chǎn)業(yè)化燃料乙醇技術(shù)正在起步應用,已建成燃料乙1生物質(zhì)能源概述醇示范廠(chǎng);生物柴油技術(shù)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)示范階段;大中1.1生物質(zhì)能源的生成機理型制氣工程工藝技術(shù)已日趨成熟。生物質(zhì)的直接、生物質(zhì)能源是地球上最普遍的一種可再生能間接液化生產(chǎn)液體燃料技術(shù)準備進(jìn)行工業(yè)示范源,它是通過(guò)植物光合作用,將太陽(yáng)能以化學(xué)能的形據估算,地球上每年光合作用產(chǎn)生的生物質(zhì)能量是式貯存在生物體內的一種能量形式,被稱(chēng)為綠色世界主要燃料消耗的10倍,而其利用量還不到能源。1%。7我國是一個(gè)農業(yè)大國,具有豐富的農林生物狹義的生物質(zhì)一般是指植物體在生長(cháng)過(guò)程中質(zhì)資源,因此,開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源具有深遠的意義,應將太陽(yáng)能轉化為化學(xué)能,并存儲在植物體各個(gè)器官用前景廣闊。內的能源物質(zhì)形式。廣義的生物質(zhì)還包括以植物體1.3生物質(zhì)能源的幾個(gè)主要來(lái)源途徑或某器官為食物而轉化至動(dòng)物、微生物等生命體獲目前,用于生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)的主要是非糧生物得的能源物質(zhì)形式,包括利用現代技術(shù)加工生物體質(zhì),如作物秸稈、林場(chǎng)枝葉廢棄物畜牧糞便、動(dòng)物產(chǎn)或器官后剩余的廢棄物等。因此,生物質(zhì)能源從根品下腳料生活垃圾,城市有機廢水和污泥等。長(cháng)期本上說(shuō),來(lái)源于太陽(yáng)能使所存儲的能量轉移至生物以來(lái),人們對生物質(zhì)資源中的固體廢棄物常用的處質(zhì)依賴(lài)于光合作用,作用如下理方法為堆肥、填埋、焚燒等。堆肥法和填埋法周期H2(O_植物光合作用長(cháng),且容易對土壤和水資源造成二次污染;焚燒法可→Cx(HO)y+xO2以利用其熱值,但投資巨大,成本高,容易造成大氣因此生物質(zhì)主要為含碳氫有機物,具有含硫、污染。因此,這些廢棄物的有效利用不僅可以增值氮少,CO2排放幾乎為零的優(yōu)點(diǎn),另外一般還含有形成新能源,還可以解決環(huán)境污染問(wèn)題少量的鉀、鈉等金屬元素。1.3.1作物秸稈1.2生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)研究的國內外現狀農作物秸稈是非常豐富的可再生生物質(zhì)資源,人類(lèi)對生物質(zhì)能源的利用不是剛剛開(kāi)始,100包括小麥、玉米、高粱、棉花、大豆、水稻等農作物收多年前,人們對化石能源的依賴(lài)程度還不高,能源便獲后的廢棄部分,還包括農產(chǎn)品加工后的廢棄部分主要來(lái)自于生物質(zhì)。19世紀末20世紀初,對能源如甘蔗渣。我國每年產(chǎn)秸稈量相當于3.5億t標準的需求急劇增加隨著(zhù)煤炭開(kāi)采業(yè)的發(fā)展,煤炭迅速煤],去除工業(yè)使用、粉碎還田、飼料、培養食用菌、替代生物質(zhì),成為人類(lèi)主要能源來(lái)源,生物質(zhì)能源在農戶(hù)炊事及取暖焚燒等使用外,至少剩余30%,常人類(lèi)消耗的能源中的比例逐步縮小。直接被焚燒,不僅造成大量能源資源浪費,而且導致1.2.1國外研究現狀環(huán)境污染。因此,將廢棄的秸稈充分利用,既可以提目前,許多國家對生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用已進(jìn)行取所含能量,又可以改善農村環(huán)境,減少空氣污染,了大量研究和實(shí)踐。生物質(zhì)固化成型技術(shù)在歐美、利用后的秸稈灰還可以直接返田增加土壤無(wú)機日韓等國家已比較成熟,生物質(zhì)固化燃料在日、美等肥料。國家已經(jīng)商品化,工業(yè)生產(chǎn)、家庭采暖等均有使用。1.3.2畜中國煤化工日本和歐美等國家的小型生物質(zhì)燃料設備已經(jīng)產(chǎn)業(yè)我國畜CNMHG禽主要為?；?在供暖、發(fā)電領(lǐng)域得到普遍推廣。2國外已有較豬、雞。家庭圈喬、散養的畜離糞使搜集不便,且很3期王雨生,等:生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究多養殖戶(hù)直接將糞便漚肥用于肥田;但規?；笄菰粗饕獮樯镔|(zhì)顆粒;液態(tài)能源有生物乙醇、生物柴養殖場(chǎng),每年產(chǎn)生大量養殖糞便和污水,有機物的閑油、裂解油等;氣態(tài)能源有沼氣、氫氣、生物質(zhì)燃置對環(huán)境和地下水造成了極大污染。我國每年有氣等。25億t畜牧糞便和大量有機廢棄物閑置或浪費,其2.1固態(tài)生物質(zhì)能源的應用技術(shù)熱值相當于3億t標準煤,理論上可生產(chǎn)約7502.1.1固態(tài)生物質(zhì)能源的成型機理億m23沼氣。據統計,2007年我國畜牧糞便實(shí)物生物質(zhì)原材料一般質(zhì)地松散,含水量大,空間占量為12.47億t,其中可開(kāi)發(fā)部分總量為8.84億用量大,不易倉儲和運輸燃燒效率低,因此,大部分t1,預計2015年規?；S便實(shí)物量將達到32.5生物質(zhì)原材料使用前需要處理。一般將生物質(zhì)原材億t。備牧糞便資源巨大,而且逐年增加,是沼氣產(chǎn)料進(jìn)行干燥、粉碎或切斷,或首先經(jīng)過(guò)炭化工藝,再業(yè)重要的原料來(lái)源。壓縮,靠原料內部的粘結力互相嚙合在一起而成型,1.3.3園林、林業(yè)廢棄物從而使松散、多水分的生物質(zhì)原材料變?yōu)樗沙诿芏葹楦纳瞥鞘猩鷳B(tài)環(huán)境我國非常重視城市綠化和強度均較高的固體成型燃料或顆粒狀材料,便于質(zhì)量。據資料顯示出,2011年,我國城市建成區綠運輸,燃燒效率高。通常,生物質(zhì)材料中纖維素和木化覆蓋面積已達到161.2萬(wàn)hm2,綠化覆蓋率為質(zhì)素的含量影響常溫下顆粒成型的難易13,成型燃38.62%。隨著(zhù)城市園林綠化業(yè)的繁榮,每年都有大料的松弛密度和耐久性可反映其性能。用于成量殘枝落葉和草坪修剪廢棄物。我國林地、林廠(chǎng)木型的生物質(zhì)原材料多為秸稈、林場(chǎng)廢棄物等,也有將材加工殘余料及樹(shù)林廢棄物每年約有2億萬(wàn)t未被畜禽糞便加工為生物質(zhì)顆粒物的。齊菁等研究利用,不進(jìn)行妥善處理,極易構成火災隱患。林業(yè)了稻殼生物質(zhì)顆粒的成型機理,用電子顯微鏡觀(guān)察廢棄物、木材加工剩余物、園林綠化剩余物資源集了顆粒內部結構,成型效果好,認為可以作為生物質(zhì)中,收集方便,是可有效開(kāi)發(fā)的重要生物質(zhì)資源顆粒。魏偉1研究了以油茶果殼為原料的固體燃1.3.4其他生物質(zhì)資源料成型規律,并設計了一條理論上年產(chǎn)4萬(wàn)t的顆工業(yè)生產(chǎn)有機廢棄物、污水及城市生活餐廚垃粒燃料加工生產(chǎn)線(xiàn)。錢(qián)新鋒提出,將園林修剪物圾等蘊藏著(zhù)大量的生物質(zhì)能源。城市生活垃圾中約等炭化處理制備生物碳,還可用于改善土壤環(huán)境。有30%為有機垃圾,我國生活垃圾年產(chǎn)量達2億t,2.1.2固態(tài)生物質(zhì)能源的生產(chǎn)設備且每年以10%速度增長(cháng),對環(huán)境產(chǎn)生了嚴重危用于生物質(zhì)原材料成型的設備0有螺旋擠壓害121。食品加工、畜禽屠殺、水產(chǎn)養殖和漁業(yè)、制式、活塞沖壓式和模壓式3類(lèi)。國內大部分采用模糖、釀酒、造紙等行業(yè)每年產(chǎn)生的有機廢棄物非?？蓧菏缴a(chǎn)工藝,主要有冷壓成型、熱壓成型和炭化成觀(guān)。據不完全統計,僅農產(chǎn)品加工行業(yè)每年產(chǎn)生的型21。模壓成型的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高,原料適應性廢棄物可產(chǎn)500億m3沼氣口。城市垃圾、工業(yè)生強?；酐慃?等的研究為生物質(zhì)顆粒燃料成型機產(chǎn)有機廢棄物相對比較集中,非常利于搜集具的設計提供了理論依據,目前,我國自主研發(fā)的成另外,我國糧食主產(chǎn)區的陳化糧也是非?？捎^(guān)型設備已達國際先進(jìn)水平,2013年,江蘇新能源技的生物質(zhì)資源,除工業(yè)生產(chǎn)外,必要時(shí)也可以作為能術(shù)有限公司將3.3×10t固體成型燃料出口至日源資源使用,但要注意防止“與人爭糧”。其他的還本{23,表明我國固體成型燃料已實(shí)現規?；a(chǎn),有甘蔗、木薯、菊芋、高粱等。在貧瘠土地上可茂盛實(shí)現商品化。生長(cháng)的各種植物,均為豐富可開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)資源。2.1.3固態(tài)生物質(zhì)能源的缺點(diǎn)吳志莊等還提出,可以利用我國資源豐富、分布缺點(diǎn)主要有:常用成型設備生產(chǎn)效率低下,原料廣泛的竹類(lèi)資源,以竹類(lèi)加工剩余物(約占60%)為適應性低,能耗高,設備關(guān)鍵部件(如模具)磨損原料可以生產(chǎn)生物乙醇,還可以進(jìn)行發(fā)電快,因而發(fā)展速度相對緩慢。另外,產(chǎn)品標準化2生物質(zhì)能源的主要應用技術(shù)程度低,應盡快完善相應生產(chǎn)標準,使產(chǎn)品標準化,同時(shí)發(fā)展相應的配套設備,如提供部件統一的燃燒生物質(zhì)能源的利用主要通過(guò)物理法、化學(xué)法和爐,以供標準化的成型生物質(zhì)燃料得以高效率地生物法等技術(shù)手段,將生物質(zhì)材料轉化為工農業(yè)生燃燒中國煤化工產(chǎn)中可直接使用的能源物質(zhì)。從轉化產(chǎn)品的狀態(tài)來(lái)2.2液態(tài)生CNMHG看,可以有固態(tài)能源、液態(tài)能源、氣態(tài)能源。固態(tài)能根據聯(lián)合國能源組織的評估,地球的石油儲量218青島農業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)32卷正在急劇減少,尋找新型液體燃料已日益受到世界解等方法。這些方法或條件要求苛刻,或效率低、速各國的重視?？稍偕茉从刑?yáng)能、風(fēng)能、水能、地度慢,或高能耗、不綠色,所以第二代生物乙醇目前熱能和生物質(zhì)能,生物質(zhì)是可再生能源中唯一可以還停留在技術(shù)研究中試階段?？商娲谝淮镆抑频靡簯B(tài)能源的材料,因此生物質(zhì)液態(tài)能源的發(fā)展醇原材料—玉米的甜高粱、木薯等非糧能源作物,應是能源戰略發(fā)展的重點(diǎn)。利用生物技術(shù),在酶等可以較好的生成生物乙醇,又稱(chēng)為1.5代生物乙醇。微生物的作用下,可將某些生物質(zhì)轉化為生物質(zhì)乙甜高粱和木薯等可在鹽堿地、沙地等低質(zhì)土地生長(cháng),醇及其他化工原料,也可以利用化學(xué)方法制得生物產(chǎn)量較高,是當前發(fā)展燃料乙醇的較好原料。目前,柴油等燃料,可廣泛應用于工農業(yè)生產(chǎn)我國生物乙醇生產(chǎn)原料主要依賴(lài)陳化糧,成本過(guò)高,2.2.1生物乙醇的形成機理需要依賴(lài)國家補貼。而我國沿海等地區尚有大量低經(jīng)歐美等國家的長(cháng)期實(shí)踐證明,生物乙醇是替質(zhì)土地未開(kāi)發(fā)利用,可以發(fā)展種植甜高粱等能源作代石油的主要選擇。植物通過(guò)光合作用,將太陽(yáng)能物。清華大學(xué)研發(fā)的甜高粱連續固體發(fā)酵生產(chǎn)乙醇儲存于植物體內,形成生物質(zhì)能。利用生物技術(shù),將技術(shù)具有國際領(lǐng)先水平將推動(dòng)中國生物乙醇能源生物質(zhì)能轉化為生物乙醇,作為能源使用。其循環(huán)的發(fā)展。因此,大力開(kāi)發(fā)鹽堿地、沙地等荒地,研究如圖1所示。理論上,光合作用合成1分子葡萄糖種植甜高粱等非糧能源作物,將可以有效降低1.5需要6分子CO2,酒精發(fā)酵和燃燒共釋放6分子代生物乙醇生產(chǎn)成本,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)早日商業(yè)化發(fā)展。CO2,所以,酒精燃燒并不增加大氣中CO2濃生物乙醇的迅猛發(fā)展,使得作為原料的農產(chǎn)品度。32工業(yè)生產(chǎn)中,首先將糖類(lèi)降解為酸,并在各的價(jià)格與能源價(jià)格緊密相連。能源作物價(jià)格優(yōu)勢甚種酶的作用下轉變?yōu)橐胰┘癈O2,進(jìn)而再轉變?yōu)橐抑習?huì )使森林草地逐漸變?yōu)槟茉醋魑锏姆N植地,從而醇。作為燃料用乙醇,乙醇含量要求達到9.5%,對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。倪紅艷等研究發(fā)現,當乙所以生物乙醇的生產(chǎn)過(guò)程中對脫水處理要求嚴格醇玉米需求占產(chǎn)量比重達到15%時(shí),玉米價(jià)格會(huì )大陽(yáng)光6H,O幅上漲,同時(shí)飼料、工業(yè)及食用玉米需求下降幅度也比較大,此時(shí)會(huì )對我國的糧食安全形成較大壓力。CHO.植物光合作用若乙醇玉米占用耕地過(guò)多,必將影響糧食安全,因此必須尋找其他生物質(zhì)原料。目前,我國已經(jīng)形成了提取生物乙醇;…+2C:HOH60不與人爭糧,不與糧爭地”的基本共識發(fā)展生物乙醇開(kāi)始向“非糧”原料轉移,充分利用農副產(chǎn)品或其2C0加工剩余物2)。牟曉紅等以花生殼為原料,用混4CO·生物質(zhì)燃料的燃燒利用合菌種發(fā)酵法提取生物乙醇,發(fā)酵得到的乙醇轉化率為46.06%,乙醇得率為14.65%。于洪久等圖1光合作用與燃料乙醇的物質(zhì)循環(huán)過(guò)程以不同的處理方式和反應條件提高菊芋生產(chǎn)生物乙醇的生產(chǎn)率。與此同時(shí),以海洋藻類(lèi)為原料的第三2.2.2生物乙醇的生產(chǎn)材料代生物乙醇技術(shù)的研發(fā)也正在成為能源領(lǐng)域關(guān)注的生產(chǎn)生物乙醇的材料主要有糖類(lèi)、淀粉類(lèi)和纖熱點(diǎn)。-3張志奇等采用發(fā)酵法,以海帶為原維木質(zhì)素類(lèi)。在原料方面,美國主要采用玉米生產(chǎn)料,在實(shí)驗室中提取了生物乙醇。錢(qián)龍3]等認為,生物乙醇;巴西是全球第二大生物乙醇生產(chǎn)國,幾乎篩選厭氧海藻酸降解菌,并進(jìn)行基因工程改造,強化所有生物乙醇都是用甘蔗生產(chǎn);歐盟以小麥和甜菜乙醇生成途徑,是一種頗有前景的方案。另外劉政為主,中國則以玉米、小麥、木薯為主。35坤3通過(guò)對甘蔗渣的酶解液進(jìn)行發(fā)酵顯示,滸苔酶根據《國家能源科技“十二五”規劃》,2010解液在還原糖利用率、葡萄糖利用率、乙醇產(chǎn)率方面年,我國燃料乙醇產(chǎn)量為1.69×10t,2015年將再都比甘蔗渣高。以滸苔為原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇展現了增加3.0×106t。我國人多地少,基本國情決定了良好應用前景。利用玉米進(jìn)行醇化加工生成生物乙醇(又稱(chēng)為第一2.2.3生物乙醇的應用代生物乙醇)必將陷入“與人爭糧、與糧爭地”的困生物中國煤化工不可以用于工業(yè)境。第二代生物乙醇是將秸稈、木材中的纖維素降生產(chǎn)。乙CNMH己,需求量很大解進(jìn)行轉化,目前有濃酸水解、稀酸水解、酶催化水長(cháng)期以來(lái),乙婦時(shí)生廣廣里積丁化石能源?；?期王雨生,等:生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究219能源危機迫使乙烯的生產(chǎn)選擇新的生產(chǎn)原料,而利氣態(tài)生物質(zhì)能源生產(chǎn)方法包括生物發(fā)酵法、生用生物乙醇制備乙烯則是一個(gè)很好的方向。生昌國物質(zhì)氣化法。生物質(zhì)在厭氧或缺氧的條件下,添加等3認為生物乙醇制作乙烯條件溫和,具有勢不合適的酶、菌等,便可發(fā)酵為沼氣。沼氣的主要成分可擋的優(yōu)勢,成本低,綠色環(huán)保,是一條可持續發(fā)展是甲烷,沼氣的產(chǎn)生是微生物新陳代謝的結果,微生的化工路線(xiàn)31物從生物質(zhì)材料中吸收能量,生成甲烷、二氧化碳。2.2.4生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)沼氣的原材料主要為秸稈、畜禽糞便等。尹藝生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯。工業(yè)上冉2等對生物能源產(chǎn)生的熱值進(jìn)行了分析,表明厭生產(chǎn)生物柴油主要有物理法和化學(xué)法。物理法又有氧產(chǎn)甲烷過(guò)程更適于水生植物的資源化?；旌戏ê腿榛ㄖ?化學(xué)法主要有酯交換反應、高對生物質(zhì)進(jìn)行高溫熱解,即生物質(zhì)在常壓或加溫熱裂解及酶催化等方法。酯交換反應所需生物質(zhì)壓的條件下,溫度在700℃甚至更高時(shí),通入適量的原料要求不高,生產(chǎn)成本相對較低,應用廣泛,工業(yè)氧氣或空氣介質(zhì),生物質(zhì)可熱裂解,生成含有一氧化生產(chǎn)多采用這種方式。但酯交換反應過(guò)程存在副產(chǎn)碳、氫氣、甲烷、CmHn等可燃混合氣體和二氧化物復雜、可造成二次污染等問(wèn)題,生物柴油替代燃料碳、氮氣等不可燃氣體。這種氣體稱(chēng)為生物質(zhì)燃氣模型和反應機理尚不明確,是生物柴油發(fā)展的一個(gè)純化后可以供車(chē)輛驅動(dòng)使用。生物質(zhì)氣化制氫是由瓶頸。但生物柴油在很多方面具有化石柴油所不低品位的一次能源(生物質(zhì)能)向高品位的二次能源及的優(yōu)勢,如潤滑性能,燃燒性能等,是一種可再生(氫能)的高效轉化。清潔能源。另外還有等離子體熱解氣化生物質(zhì)s3)、熔融金2.2.5生物柴油的生物質(zhì)材料屬氣化生物質(zhì)等新技術(shù),制得的可燃氣體不含焦油,起初的生物柴油是以油料植物的果實(shí)、種子、植質(zhì)量?jì)?yōu)良,但有的能耗很高,或部分生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題未物導管乳汁油酯(如大豆、菜籽、棉籽等)及部分含油解決,目前仍在研發(fā)階段,未規模推廣量較高的野生植物和餐廚垃圾、動(dòng)物油脂等為原料,2.3.2氣態(tài)生物質(zhì)能源的生產(chǎn)設備與工藝通過(guò)酯交換反應工藝制成。生物柴油的原料可來(lái)自目前,生物質(zhì)氣化裝置主要有固定床氣化爐、流于動(dòng)、植物油脂,也可來(lái)自于各種廢棄食用油、化床氣化爐和氣流床氣化爐54,熱解氣化爐技術(shù)成地溝油、化石柴油的回收再利用45-7。我國工業(yè)化熟的主要有固定床和流化床2種,工藝分單床工藝生產(chǎn)生物柴油主要以菜籽油、棉籽油、烏桕油、木油、和雙床工藝5-56,單床工藝較為簡(jiǎn)單,成本低,能耗茶油和地溝油為原料制備。6南方地區是我國非糧低,但生成氣體在氣化爐內停留時(shí)間過(guò)短,焦油裂解生物柴油能源植物的分布中心,83.9%以上生物柴不充分,使得生成氣體中所含焦油量大。焦油通常油能源植物分布在此。1在800℃以上2~3s內即可裂解,因此,提高氣化近些年又提出了微藻生物柴油0,利用海水培爐溫度、增加含焦油氣體在氣化爐內停留時(shí)間,可進(jìn)養的微藻含油量很高,產(chǎn)量大,生產(chǎn)綠色無(wú)污染,已一步減少所得氣體的焦油含量。雙床工藝則增加了成為生物柴油產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。美國是開(kāi)發(fā)微一個(gè)氣化爐,延長(cháng)焦油在氣化爐停留時(shí)間,使得焦油藻生物柴油起步最早的國家。微藻為原料制備生物進(jìn)一步裂解,但增加的氣化爐需要單獨加熱升溫,由柴油具有培養周期短、產(chǎn)油效率高、油脂質(zhì)量好、環(huán)此也增加了能耗,使成本上升。保、節省土地,改造空間大等優(yōu)點(diǎn)。31微藻易養易2.3.3氣態(tài)生物質(zhì)能源的應用于推廣收,不與糧食作物、經(jīng)濟作物爭地,含脂肪酸等生物沼氣和天然氣的主要成分都是甲烷,不同在于質(zhì)能巨大,是新型生物柴油原料油源之一,也是未來(lái)甲烷含量。沼氣一般含甲烷60%,天然氣為90%,生物柴油發(fā)展的趨勢之一。國內外微藻生物柴油大純化至97%即為車(chē)用天然氣,因此沼氣純化后可同多處于試驗階段,制約微藻生產(chǎn)生物柴油工業(yè)化的天然氣相媲美,又稱(chēng)為生物天然氣,用途廣泛。在國個(gè)重要原因是原料成本高,生物柴油生產(chǎn)成本的外,生物天然氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)、汽車(chē)燃料均已多年75%來(lái)自于原料成本,在價(jià)格上,利用微藻生產(chǎn)的生我國生物質(zhì)氣化產(chǎn)業(yè)在應用方面主要為氣化發(fā)電農物柴油與化石柴油相比沒(méi)有優(yōu)勢。因此,降低微藻村氣化供氣。沼氣生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,原材料廣泛,因其產(chǎn)油成本仍是重要的研究方向。生產(chǎn)成本低嘀田干甘產(chǎn)生活。我國多2.3氣態(tài)生物質(zhì)能源的應用技術(shù)地農村都建中國煤化工萊西、膠州等2.3.1氣態(tài)生物質(zhì)能源的生成機理地,通過(guò)管道CNMH妞戰取暖。另外,220青島農業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)卷沼氣池中的沼渣還可以肥田,沼液可以用作飼料添建設,因此,尋找取代化石能源的清潔的、可再生能加劑等,由此,在增加了農民收入的情況下,又有效源刻不容緩,發(fā)展生物質(zhì)能源也是我國促進(jìn)克霾減減少了農民化肥等的支出。生物質(zhì)氣化集中供氣技排、保護生態(tài)環(huán)境的有效手段。術(shù)在我國也被廣泛應用,我國第一個(gè)生物質(zhì)氣化集發(fā)展生物質(zhì)能源,不僅可以部分替代化石能源,中供氣項目位于山東省桓臺縣東潘村,1994年建成改善生態(tài)環(huán)境,更在于生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以并投產(chǎn)。工業(yè)用大型沼氣廠(chǎng)可用于發(fā)電、規模供形成很長(cháng)的產(chǎn)業(yè)鏈。生物質(zhì)通常分散于各地,不集暖,效益可觀(guān)。另外,2011年,廣西南寧已進(jìn)行了車(chē)中,且與季節、氣候有關(guān),這些因素給生物質(zhì)原料的用天然氣的商業(yè)化運行。曾中華5還探索了將生集中帶來(lái)了不少麻煩。因此,生物質(zhì)能源的開(kāi)發(fā)與物質(zhì)氣化技術(shù)應用在工業(yè)窯爐中。利用,涉及到農業(yè)、交通運輸、工業(yè)、通信、環(huán)保、能源2.3.4氣態(tài)生物質(zhì)能源的缺點(diǎn)等多行業(yè),使得生物質(zhì)源材料的種植與養殖、收集在氣化過(guò)程中,因生物質(zhì)材料中含有少量的氮運輸、倉儲、管理等相關(guān)行業(yè)得以相應發(fā)展,各環(huán)節(氣化爐中通入空氣作為介質(zhì)時(shí)也會(huì )增加含氮量)、都是生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用中必不可少的。因此,生硫及部分金屬元素,使氣化產(chǎn)生焦油,從而導致氣化物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用必將帶動(dòng)各產(chǎn)業(yè)協(xié)同統一發(fā)展爐或者使用氣態(tài)資源的設備管道易被焦油堵塞。雖原材料大量來(lái)源于農林畜牧業(yè),生物質(zhì)資源的利用然可通過(guò)提高熱解溫度的方式減少焦油,但又會(huì )造將是農業(yè)經(jīng)濟一個(gè)新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn),必將直接帶動(dòng)成高能耗,增加成本。農村經(jīng)濟迅速發(fā)展,推動(dòng)新農村建設的進(jìn)程。因此發(fā)展生物質(zhì)液態(tài)能源和氣態(tài)能源是化石能源替積極發(fā)展生物質(zhì)能源既可以解決國家能源安全問(wèn)代的戰略重點(diǎn)。氣態(tài)能源和液態(tài)能源產(chǎn)品中常題,又可以有效改善生態(tài)環(huán)境還可以為農林畜牧業(yè)含有雜質(zhì),不利于工農業(yè)生產(chǎn)中能源的利用,如焦油廢棄物增值,增加經(jīng)濟收入,催生新的產(chǎn)業(yè)鏈,是等,增加了生物質(zhì)能源使用成本。目前已有很多研個(gè)一舉多得的國家戰略。究來(lái)提高生物質(zhì)產(chǎn)品的利用率,如對生物質(zhì)進(jìn)行預處理,改變其物理化學(xué)性質(zhì)從而使各種反應向著(zhù)有參考文獻利方向進(jìn)行,以逐步提高氣態(tài)、液態(tài)能源的利用1]國家能源局國家能源科技“十二五”規劃[EB/OL].[2012-02效率10]http://www.gov,cn/gzdt/2012-02/10/content2063324,htm總結與展望[2]羅冰何芳張永建,等,小型生物質(zhì)直燃供熱技術(shù)研究進(jìn)展[J]生物質(zhì)化學(xué)工程,2013(4):37-40將生物質(zhì)材料轉化為工農業(yè)生產(chǎn)中可直接使用[3] BRIDGWATER A V. Review of fast pyrolysis of biomass and的能源物質(zhì),方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法。product upgrading[J]. Biomass and Bioenergy, 2012(38): 68-94物理法主要為粉碎和加熱,工藝簡(jiǎn)單,但耗能較高,[4易維明柳善建,畢冬梅等溫度及流化床床料對生物質(zhì)熱裂解生物法是進(jìn)行微生物降解,處理時(shí)間相對較長(cháng),化學(xué)產(chǎn)物分布的影響[J].太陽(yáng)能學(xué)報,2011,32(1):26-29[5]王俊宏生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物應用研究現狀與前景[J].廣州化法主要通過(guò)與酸或堿的化學(xué)反應,相對耗能低,反應工,2013,41(18):7-9快,但工藝相對復雜,副產(chǎn)物復雜。[6]張嵎喆,王君,林中萍.美國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀和相關(guān)政策生物質(zhì)能源是綠色、可再生能源,蘊藏量巨大,研究[].全球科技經(jīng)濟瞭望,2008(12):5-8分布廣泛。只要有陽(yáng)光照射,綠色植物光合作用就7 simon J, Moller h p, Koch R,eta. Thermoplastic and biode不會(huì )停止,生物質(zhì)能則不會(huì )枯竭。生物質(zhì)能源又是gradable polymers of cellulose[J]. Polymer Degradation and Sta可再生能源中唯一可以?xún)Υ媾c運輸的能源,這給能bility,199859(1/3):107[8]石元春.發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)[門(mén)].中國農業(yè)科技導報,2006,8(1):源轉換和連續利用帶來(lái)方便。我國生物質(zhì)資源儲量豐富,但有效利用率還很低。[9]王久臣,戴林,田宜水,等.中國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀及趨勢化石能源正一步步走向枯竭,而我國的能源消分析[.農業(yè)工程學(xué)報,2007,23(9):276費又逐年遞增,2010年中國煤炭消費量已占到全球101石元春,中國生物質(zhì)原料資源.中國工程科學(xué),20112):2消費總量的48.3%,能源安全問(wèn)題已經(jīng)迫在眉[1]全國綠化委員會(huì )辦公室.2011年中國國土綠化狀況公報[ROl].[2012-03-12]http://www.forestrygov.cn/portal/睫?；茉吹募写罅渴褂媒o環(huán)境和生態(tài)帶來(lái)了中國煤化工巨大的影響,近幾年霧霾天氣逐年增多,日益嚴重,[12]余才鼎CNMHG吉林農業(yè)20113)十八大報告也已明確提出,要求大力推進(jìn)生態(tài)文明196-193期王雨生,等:生物質(zhì)能源的應用技術(shù)研究221[13]劉英,沼氣發(fā)展的現狀、潛力與建議[R].北京:香山會(huì )議,200537]生昌國,李樹(shù)彬,趙納納.生物乙醇制取乙烯的探究[J].化學(xué)[14]吳志莊,夏恩龍,王樹(shù)東,等.中國竹類(lèi)生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用及工程與裝備,2013(8):39-41前景展望[J].世界林業(yè)研究,2013,26(2):60-64[38]王延飛賈寶瑩,杜平,生物乙醇制備乙烯的發(fā)展狀況及展望15]張彥民,于振文,王冠,生物質(zhì)顆粒成型機理與環(huán)模性能研究].四川化工,2015,18(1):28-30刀].農機化研究,2013(10):210-2[39]李法社,倪梓皓,杜威,等.生物柴油氧化前后成分分析的研究[16]盛奎川,吳杰.生物質(zhì)成型燃料的物理品質(zhì)和成型機理的研究[].中國油脂,2015,40(1):6進(jìn)展[J.農業(yè)工程學(xué)報,2004,20(2):242-24[40]禹進(jìn),王衛,茍小龍.一種新型生物柴油替代燃料模型[J].工[17]齊菁,于洪亮,林海,等.稻殼生物質(zhì)顆粒成型機理的顯微觀(guān)察程熱物理學(xué)報,2014,35(5):1003-10[J].遼寧農業(yè)科學(xué),2009(6):49-50[41]李明廓.葵花籽油制備生物柴油工藝的研究[D].長(cháng)春:吉林[18]魏偉.油茶果殼顆粒燃料壓縮成型機理及成套設備研究[D].農業(yè)大學(xué),2012南昌:南昌航空大學(xué),2013[42]彭忠瑾.茶葉籽油的提取及制備生物柴油研究[D].吉首:吉[19]錢(qián)新鋒,賞國鋒,沈國清園林綠化廢棄物生物質(zhì)炭化與應用技首大學(xué),2012術(shù)研究進(jìn)展[J,中國園林,2012(11):101-104[43]吳占華.花椒籽油生物柴油制備工藝及排放特性試驗研究[20]劉軍偉,雷廷宙,何曉峰,等.秸稈制粒機調試試驗研究[J.可[D].泰安:山東農業(yè)大學(xué),2011再生能源,2009,27(2):85-87[44]李波.棉籽油生物柴油制備工藝及燃燒排放特性研究[D].石[21]李保謙,牛振華,張百良.生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的現狀與前景河子:石河子大學(xué),2013分析[J.農業(yè)工程技術(shù)(新能源產(chǎn)業(yè)),2009(5):31[45]鄭金明,劉慧,蘇玲燕,等.桐油一地溝油生物柴油混合燃料性[22]霍麗麗,田宜水,孟海波,等.生物質(zhì)顆粒燃料徵觀(guān)成型機理能改善研究[冂].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012,35(2):30-33].農業(yè)工程學(xué)報,2011,27(S1):21-25[46]付宏權.功能化季銨鹽離子液體催化地溝油一步法制備生物[23]吳今姬宋衛東,王明友,等.農林生物質(zhì)綜合利用現狀[].中柴油的研究[D].泉州:華僑大學(xué),2014國農機化學(xué)報,2013,34(6):32-35[47]侯謙奮.固體堿催化劑的制備、表征及其在餐飲廢油制備生物24]夏先飛,武凱,孫宇,等.生物質(zhì)(秸稈)致密成型技術(shù)研究進(jìn)展柴油中的應用[D].青島:中國海洋大學(xué),2014J].中國農機化學(xué)報,2013,34(6):36-42[48]高春芳,余世實(shí),吳慶余.微藻生物柴油的發(fā)展[J].生物學(xué)通25]張志奇.海帶提取生物乙醇及其環(huán)境意義[D杭州:浙江大報,201l,46(6):1-5學(xué),2010[49]葉心芬.中國非糧生物柴油能源植物的資源調查化學(xué)成分分[26]倪紅艷,魯靖.發(fā)展生物乙醇對我國玉米需求結構的影響分析及評價(jià)篩選[D].廣州:仲愷農業(yè)工程學(xué)院,2014析:基于情景模擬分析[J.價(jià)格月刊,2011(8):15[50]姜進(jìn)舉,苗風(fēng)萍,馮大偉,等.微藻生物柴油技術(shù)的研究現狀及[27]劉俊紅,王福梅,趙彩霞,等.預處理條件對麩皮糖化率的影響展望[].中國生物工程雜志,2010,30(2):134-140[].食品研究與開(kāi)發(fā),2014,35(15):1-3[51]高春芳余世實(shí),吳慶余.微藻生物柴油的發(fā)展[].生物學(xué)通[28]牟曉紅,花生殼發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇可行性研究[.化學(xué)工程報,2011,46(6):1-5師,2012(1):49-51[52]尹藝冉,王進(jìn),彭書(shū)傳,等.酸處理菹草制備生物乙醇和甲烷過(guò)[29]于洪久,郭煒,李玉梅,等.菊芋發(fā)酵提取生物乙醇研究[]程研究[J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2015,38(1)黑龍江農業(yè)科學(xué),2013(2):102-103[30]楊楠楠牛鵬軍,劉娟,等.以剛毛藻為原料制備生物乙醇的技[53]唐蘭,黃海濤.生物質(zhì)等離子體熱解實(shí)驗研究與技術(shù)經(jīng)濟分析術(shù)研究[幾.釀酒科技,2013(9):11-13[J].廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011,10(6):19-24[31]夏天虹,莉煥新.海帶發(fā)酵制取生物乙醇的影響因素與優(yōu)化條[54]王曉明,肖顯斌,劉吉,等.雙流化床生物質(zhì)氣化爐研究進(jìn)展件[.生物加工過(guò)程,2013,11(6):1-8[].化工進(jìn)展,2015,34(1):26-31[32]溫順華陳姍姍李鋒,等.馬尾藻發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇的兩步法55]李建芬.生物質(zhì)催化熱解和氣化的應用基礎研究[D].武漢:糖化預處理[J.食品與發(fā)酵工業(yè),2013,39(1):112-117華中科技大學(xué),2007[33蔣嬡嬡,包海軍,曾淦寧,等.稀酸預處理銅藻制備生物乙醇工[56]呂鵬梅,常杰,熊祖鴻,等.生物質(zhì)廢棄物催化氣化制取富氫燃藝[].環(huán)境科學(xué)研究,2014,27(7):804-812料氣[冂.煤炭轉化,2002,25(3):32-36[34]張志奇.海帶提取生物乙醇及其環(huán)境意義[D].杭州:浙江大[57曾中華.生物質(zhì)氣化技術(shù)在工業(yè)窯爐上的應用[D].廣州:華學(xué),2010南理工大學(xué),2014[35]錢(qián)龍唐麗薇,黃庶識,等.海藻酸轉化生物乙醇研究進(jìn)展[].[58]石元春.我國的能源憂(yōu)思[J].陜西電力,2012(4);1-6中國生物工程雜志,2013,33(1):125[59]石元春.中國霧霾的產(chǎn)生機理及應對策略研究[門(mén)].陜西電力[36劉政坤低值海藻滸苔( Enteromorpha prolifera)生物乙醇轉化2013(4):1-4工藝的研究[D].青島:中國海洋大學(xué),2011中國煤化工CNMHG