我國生物質(zhì)能源利用現狀

第44卷第11期州化工Vol 44 No 112016年6月Guangzhou Chemical IndustryJune. 2016我國生物質(zhì)能源利用現狀徐麗華,羅鵬,嚴明(肇慶市順鑫煤化工科技有限公司,廣東肇慶526238摘要:發(fā)展儲量巨大的可再生生物質(zhì)能可以幫助緩解世界能源危機,扭轉由于大量化石燃料使用造成全球環(huán)境惡化的趨勢。對生物質(zhì)進(jìn)行了分類(lèi),介紹了現代生物至能的3種生產(chǎn)轉化方式、相應產(chǎn)品及其應用情況,分析各種生物燃料的優(yōu)缺點(diǎn)和所面臨的挑戰,進(jìn)一步指岀生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用,對于我國能源結構調整、能源安全以及環(huán)境保護具有十分重要的意義關(guān)鍵詞:生物質(zhì);轉化途徑;能源中圖分類(lèi)號:TK6文獻標志碼:A文章編號:1001-9677(2016)011-0047-03Present Situation of Biomass Energy Utilization in ChinaXU Li-hua, lUo Peng, yan MingZhaoqing Shunxin Coal Industry Technology Co., Ltd, Guangdong Zhaoqing 526238, ChinaAbstract: Developing renewable clean biofuels using wildly available bioenergy can help alleviate the worseningworld energy crisis and reverse the trend of deteriorating global environment caused prmiarily by the ever-increasing use offossil. Three kinds of conversion routes, their corresponding products, and the scale of bio-fuel productionapplication worldwide were reviewed. The pros and cons of biofuels were analyzed, and the challenges for the developmentof biofuels were discussed. Development and utilization of biomass energy was significance to Chinese resource structureadjustment, resource safety and environmental protection were further pointed outKey words; biomass; conversion route; resource fuels能源是人類(lèi)生存和社會(huì )發(fā)展的基礎,當前社會(huì )的主要能源約為1440~1700億噸(干重),其中海洋每年可生產(chǎn)500億噸是化石能源(屬于不可再生資源)。與此同時(shí),社會(huì )的高速發(fā)物資。生物質(zhì)資源不僅數量龐大,且形態(tài)多樣。通常生物質(zhì)資展,也加劇了化石能源的消耗,使得環(huán)境惡化,大量CO2的排源可分為以下幾類(lèi)3:放也加劇了溫室效應,嚴重威脅人類(lèi)社會(huì )的可持續發(fā)展(1)農業(yè)生物質(zhì)能源包括農業(yè)生產(chǎn)后的廢棄物(如秸稈能源短缺和環(huán)境冋題迫使全球走向低碳。低碳經(jīng)濟的核心等)、農業(yè)加工業(yè)的廢棄物(如稻殼等)和能源植物(如油料是新能源技術(shù),其中,生物質(zhì)能源是不容忽視的。生物質(zhì)能植物等)。源是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式。它能直(2)林業(yè)生物質(zhì)能源包括各種樹(shù)木和草本植物等;也包接轉化為常規的固、液及氣態(tài)燃料,取之不盡,是一種可再生括木材利用加工過(guò)程中產(chǎn)生的鋸末等;還包括林業(yè)副產(chǎn)品的廢能源,同時(shí)也是唯一一種可再生碳源。生物質(zhì)能源還具有高棄物,如果殼和果核等。效、清潔、可持續的特點(diǎn)。但日前對生物質(zhì)能源利用率還很(3)水生類(lèi)生物質(zhì)能源主要包括藻類(lèi)、浮萍等。低,大多是單純燃燒,因此尋求更為高效的加工利用方式是我(4)微生物類(lèi)主要包括光合成微生物如硫細菌、非硫們當前所面臨的難題。菌等地球上每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1700億噸左右,其(5)禽畜糞便它是其他形態(tài)生物質(zhì)(糧食、作物和牧草蘊含的能量相當于全球能源消耗總量的10~20倍,但目前利等)的轉化形式,如糞便、尿及其與墊草的混合物用率不到3%。我國生物質(zhì)能源潛力巨大,“十一五”已完成我國生物質(zhì)生產(chǎn)量達60億噸干物質(zhì),相當于年耗能量的實(shí)驗研究,“十二五”逐步應用,至“十三五”期間,我國生2.5倍。但目前對生物質(zhì)的利用主要是直接燃燒,不僅浪費能物質(zhì)能源將大面積推廣。源,還造成大氣污染。因此,尋求更高效的生物質(zhì)利用技術(shù)開(kāi)發(fā)高1生物質(zhì)的概述H中國煤化工2生CNMHG生物質(zhì)2是指經(jīng)光合作用而形成的可再生或可循環(huán)的有機物質(zhì),包括所有的動(dòng)植物及微生物,以及由這些生命體排泄和生物質(zhì)能的組織結構與常規化石燃料相似,它的利用方式代謝的所有有機物質(zhì),它可以在較短的周期內重新生成。地球也與化石燃料相似。當前,獲得生物燃料的方式“主要有3種上生物資源相當豐富,植物每年經(jīng)光合作用生成的生物質(zhì)總量物理轉化、傳統化學(xué)轉化和熱化學(xué)轉化。根據轉化路經(jīng)的不第一作者:徐麗華(1987-),女,工程師,主要從事潔凈煤技術(shù)研究?；?016年6月同,在技術(shù)路線(xiàn)、生產(chǎn)成本和所得產(chǎn)品上有一定差異理想途徑。2.1物理轉化3.1生物柴油物理轉化途徑是通過(guò)改變生物質(zhì)的形態(tài)得到各種高密度的生物柴油指以各種油料植物及餐飲廢棄油脂等為原料油通固體成型燃料。這一轉化途徑是借助外力作用下,如通過(guò)高溫過(guò)酯交換工藝制成的再生性柴油燃料,其理化性質(zhì)與柴油相似′高壓作用將松散的生物質(zhì)原料壓縮成具有一定形狀和密度的甚至更優(yōu)(冷濾點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃燒功率高、含硫低等)。目前成型物,以減少運輸成本,提高燃燒效率。原料經(jīng)壓縮成型真正用于生物柴油工業(yè)化生產(chǎn)的原料有大豆、油菜籽和棕櫚油后,密度可達1.1~1.4g/cm3(與中質(zhì)煤相當),燃燒特性明等,其他的諸如各種食用油和植物油只在內燃機上進(jìn)行了評價(jià)顯改善,火力持久黑煙小,爐膛溫度高。試驗,并沒(méi)有進(jìn)行應用2.2傳統化學(xué)轉化3.2燃料乙醇傳統化學(xué)轉化是目前生物質(zhì)能應用最廣泛的一種途徑。以燃料乙醇主要由生物質(zhì)進(jìn)行生物發(fā)酵等途徑獲得。燃料乙生物發(fā)酵為代表,它不僅包括傳統的發(fā)酵制取乙醇和沼氣,也醇經(jīng)變性后與汽油配成一定比例可制成乙醇汽油使用。日前可包括現代的ABE發(fā)酵技術(shù)制取丁醇和發(fā)酵制氫技術(shù)。生物化學(xué)用來(lái)生產(chǎn)燃料乙醇的原料有很多,除了谷物、海洋藻類(lèi)外,還轉化方法的另一種重要技術(shù)就是生產(chǎn)生物柴油的酯化反應法有資源更豐富的農作物秸稈、樹(shù)木、林業(yè)廢料及生活垃圾等。(1988年由德國科學(xué)家拜耳研制成功)。但燃料乙醇也有諸多缺點(diǎn),首先它并不是“油”,只是油品的但是,無(wú)論是現代的發(fā)酵技術(shù)還是傳統的發(fā)酵技術(shù),均存優(yōu)良品質(zhì)改良劑,且易引起氧化、生銹和腐蝕等問(wèn)題在周期長(cháng)的特點(diǎn),這就使得其效率較低。且傳統化學(xué)轉化方法3.3沼氣都是為制得單一產(chǎn)品,在市場(chǎng)經(jīng)濟中抗風(fēng)險能力較弱,不利于實(shí)現生物質(zhì)能的商業(yè)價(jià)值。它是指各種有機物質(zhì),在隔絕空氣和適宜的溫度、pH值2.3熱化學(xué)轉化條件下,經(jīng)微生物發(fā)酵而成的一種可燃氣體,主要成分是CH4和少量的CO,殘余物可作為有機肥料。其發(fā)酵原料是有機廢熱化學(xué)轉化的方式包括:燃燒、液化、熱解和氣化物和農作物秸稈,2.5kg秸稈可以產(chǎn)生1m3天然氣,1m3沼直接燃燒是指將可燃燒的生物質(zhì)直接投入特殊燃燒設備中氣熱值為23MJ左右,相當于1kg原煤的熱量。我國是世界上燃燒,燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱氣流或高壓蒸汽用于發(fā)電或供暖,沼氣利用開(kāi)展最好的國家,目前已進(jìn)入商業(yè)化應用階段它與目前的燃煤發(fā)電、供暖相似,在燃燒設備上有一定差3.4氫氣異。生物質(zhì)燃燒是一種直觀(guān)、簡(jiǎn)單、投資少的方法。液化是指通過(guò)化學(xué)方法將生物質(zhì)轉變成液體產(chǎn)品的過(guò)程生物制氫包括光合生物制氫和厭氧發(fā)酵兩種途徑。是一種有直接液化和間接液化之分。直接液化是將生物質(zhì)、催化劑和理想的持續產(chǎn)能模式,但目前還停留在實(shí)驗室探索研究階段,溶劑置于高壓設備中,高溫高壓下制取液體燃料,并副產(chǎn)氣離商業(yè)化生產(chǎn)較遠。體。間接液化是先將生物質(zhì)氣化制成小分子氣體后再進(jìn)行催化4生物能源的發(fā)展困境合成液體產(chǎn)品的過(guò)程。直接液化的反應條件較間接液化更為苛刻。無(wú)論是直接液化還是間接液化,催化劑、反應器的研究盡管生物質(zhì)能源的研究工作已開(kāi)展多年,但由于生物質(zhì)本開(kāi)發(fā)與放大是關(guān)鍵,生物質(zhì)液化技術(shù)可以借鑒我國煤直接和間身的局限,如單位土地面積的有機物能量偏低,有機物水分偏接液化的工業(yè)裝置多(50%~60%),在其發(fā)展過(guò)程中還存在許多問(wèn)題。生物質(zhì)熱解是在無(wú)氧或少氧條件下持續給生物質(zhì)加熱,所(1)雖然通過(guò)熱化學(xué)轉化可從植物原料獲取燃料乙醇和生發(fā)生的一系列物理和化學(xué)變化。在該過(guò)程中生物質(zhì)大分子受熱物柴油,但是熱化學(xué)液化的機理和工藝仍需進(jìn)一步研究。斷裂成各種小分子,并發(fā)生小分子結合成大分子的過(guò)程,得到(2)纖維素的生物質(zhì)轉化費用過(guò)于昂貴,如纖維素酶制劑包含氣、液、固三相反應產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物以H12、CO和小分子占生物質(zhì)轉化總成本的50%~60%,酶降解時(shí)活性低,用超臨烴類(lèi)為主,液體產(chǎn)物為生物油,固體產(chǎn)物為木炭。通過(guò)控制反水處理時(shí)存在腐蝕問(wèn)題和操作條件苛刻。應溫度和反應時(shí)間,可得到不同比例的產(chǎn)物。(3)資源來(lái)源和生產(chǎn)成本問(wèn)題。燃料乙醇和生物柴油的生氣化是指生物質(zhì)原料在隔絕空氣加熱條件下與氣化劑發(fā)生產(chǎn)原料分別為糧食、油料作物與動(dòng)物脂肪,均是日常必須品且不完全燃燒的能量轉換過(guò)程,生物質(zhì)裂解后,與氣化劑反應生我國人口眾多,大規模生產(chǎn)燃料乙醇和生物柴油勢必導致成本成小分子可燃氣體。氣化劑種類(lèi)不同,所得的小分子可燃氣體上升,并且危害糧食安全也不盡相同,其熱值也有較大差異。經(jīng)生物質(zhì)轉變成的小分子氣體,既能通過(guò)二次燃燒發(fā)電、供熱、民用炊事等,也可進(jìn)一5結語(yǔ)步加工制取液體燃料。開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能是調整能源結構、實(shí)現可持續發(fā)展的重熱化學(xué)轉化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)較多,如利用效率高、加工成本低要保障。雖然我國在生物質(zhì)開(kāi)發(fā)利用取得了一定成績(jì),但由于以及產(chǎn)品多元化。就我國當前形勢來(lái)看,氣化是一種較受歡迎起步較晚,與發(fā)達國家相比存在差距。加強生物質(zhì)熱化學(xué)轉的利用途徑,它具有較高的熱效率和豐富的產(chǎn)品方案;但快速換、生物熱解途徑仍處于發(fā)展階段。優(yōu)化現有中國煤化工發(fā)高效低成本的催化劑,展的能源系統,調整我國3主要生物質(zhì)能概述的能源CNMHG生物能源主要是指由生物質(zhì)原料生產(chǎn)的液體產(chǎn)品替代油參考文獻料,以生物柴油和燃料乙醇最為歡迎。發(fā)展可替代化石能源的1]趙巖.生物質(zhì)催化轉化制備芳烴化合物的研究[D]·合肥:中國科生物能源,既可減輕對石油和煤炭資源的依賴(lài),降低對環(huán)境的學(xué)技術(shù)大學(xué),2014污染,又可延伸農業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈,被認為是解決全球能源危機的最(下轉第84頁(yè))廣州化工2016年6月通過(guò)比較表5~表8中的數據可知,添加夜光粉的蓄光自增加夜光粉的加入量并沒(méi)有對發(fā)光人造石的發(fā)光強度起到增強發(fā)光型人造石的抗折強度對比于未添加夜光粉的人造石的抗折的效果。強度有一定的下降:從圖6可以看出,發(fā)光型人造石抗折強度添加夜光粉的發(fā)光人造石抗折強度會(huì )有所下降,并且隨著(zhù)呈下降的趨勢夜光粉的含量的增加,抗折強度下降明顯添加20%夜光粉的發(fā)光人造石發(fā)光性能較好,此時(shí)發(fā)光人造石的抗折性能較好。4應用效果與展望通過(guò)本文的研究,可以將夜光粉用于聚酯發(fā)光型人造石的制備,可以利用夜光粉的余暉特性,將人造石用于LED燈間歇打光,維持較強的發(fā)光強度,同時(shí)能節約很多電能發(fā)光人造石材發(fā)光顏色多種多樣,適用于室內外裝飾。用夜光粉含量于建筑物外裝飾,公路裝飾,白天吸收陽(yáng)光,晚上發(fā)光,為都圖6不同含量夜光粉含量的人造石抗折強度下降市夜生活增光添彩。用于家居衛生間、廚房、客廳地面的裝修g6 Flexural strength Drop-Down curve of Self鑲嵌,既美化家居,給家居房間帶來(lái)美麗神奇的效果,也方便artificial marble content of different luminous powder人們夜晚在房間活動(dòng),避免受到意外的傷害。而且,美麗的發(fā)光效果讓人耳目一新。人造石抗折強度下降的原因可能是夜光粉的平均粒度較小,在添加到人造石基體中后會(huì )導致整體平均粒度減小、小粒參考文獻子數量增多,造成粉體比表面積過(guò)大,而樹(shù)脂的用量不變,因[1]洪廣言.稀土發(fā)光材料的研究進(jìn)展[J].人工晶體學(xué)報,2015(10)此會(huì )導致基體不能被環(huán)氧樹(shù)脂充分潤濕,使得粉體容易聚集2641-2651體系在固化過(guò)程中內應力分布不均勻,導致人造石抗折強度降[2]劉應亮,雷炳富,金勇,等長(cháng)余輝發(fā)光材料研究進(jìn)展[J.無(wú)機化低學(xué)學(xué)報,2009(08):1323-1329隨著(zhù)這種平均粒徑很小的夜光粉含量的增加,更多的夜光3]李隨源,蔣海濤紅色長(cháng)余輝發(fā)光材料的研究進(jìn)展焦作師范高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報,2014(02):73-76粉粒子難以被樹(shù)脂充分潤濕,使體系內部的內應力分布更加不[4]尹明,閆世潤胡建國藍綠色長(cháng)余輝發(fā)光粉Sr4Al4O23:Eu2,D均勻,從而導致人造石的抗折強度下降。制備及性能研究[J].光源與照明,2014(02):12-153結論[5]張錦虹,邵魁武.蓄光型自發(fā)光制品的開(kāi)發(fā)及應用[J].塑料助劑2006(06):51-5聚酯型蓄光自發(fā)光人造石的發(fā)光強度隨著(zhù)夜光粉加入量的6唐明道蓄光型自發(fā)光材料及制品發(fā)展概況[J].光機電信息,2003增多發(fā)光強度也增強,但是當夜光粉的含量增加到20%之后,02):8-1對比30%夜光粉含量的夜光型人造石的發(fā)光強度可以發(fā)現:再7馮欽邦,劉莉龍成坤氣相二氧化硅在樹(shù)脂基復合材料中的應用[J].有機硅氟資訊,2007(09):45-46…點(diǎn)(上接第48頁(yè))[2]何會(huì )流能源植物資源及應用潛力概述[J].安徽農業(yè)科學(xué),2008,[4] Pearce F. Fuels gold: big risks of the biofuel revolution[J].New36(17):82-8Scientist,2006,191(2570):36-41[3]胡宗泰,王英閣,李繼香.生物柴油研究現狀和發(fā)展趨勢[J].糧食[5]嚴鑫,吳明鋒生物質(zhì)發(fā)電及能源化綜合利用[J].山西電力,2014與油脂,2006(10):11-14(6):52-55H中國煤化工CNMHG