我国生物质资源分布与利用

国内生物质的资源分布与利用 对于生物质这个词大家都有肯能感到陌生，所以我们先解释一下这个名词，生物质是 指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的 有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、 微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、 农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。狭义概念：生物质主要是指农林业生产过 程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素） 、农产品加工业下脚料、 农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。特点：可再生、低污染、分 布广泛。因为生物质中含有能量，因此引伸出生物质能这个词，生物质能就是太阳能以化 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。 国内生物质的资源分布 因为生物质包括植物、动物和微生物，所以在分析生物质资源分布的时候，我们只考 虑植物的分布。我国农林生物质资源丰富、数量巨大,较常见的有秸秆、稻壳、薪材、锯末 和甘蔗渣等。据统计,我国农作物秸秆可收集量约为 4.5 亿 t/年，折合标准煤 1.8 亿 t，稻壳 5000 万 t，折合标准煤 2000 万 t ；林业加工过程产生的木质废弃物约 2400 万 m3，折合标 准煤 150 万 t ；各种天然薪材的合理提供量为 1.4 亿 t ，折合标准煤 0.74 亿 t。 农业生物质资源 我国是农业生产大国,农业生物质资源丰富。每年的农业生产废弃物的产量约为 6.5 亿 t，到 2010 年产量可达 7.3 亿 t，可产生 12EJ 的能量。农业生物质资源主要包括农作物秸 秆和农产品加工废弃物。农作物秸秆是我国广大农村地区传统的生活用能，其中水稻、玉 米和小麦秸秆占到 84.3%；农产品加工废弃物有稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等。1999 年，我国各地区主要农业生物质可利用量的合计总量达 5.6 亿 t。列前 10 位的地区是：山 东、河南、河北、江苏、黑龙江、吉林、四川、湖北、安徽和内蒙古。其中，秸秆类生物 质的主要流向为 15%还田，24%饲用，2.3%用于工业，近 60%用于薪柴或露地燃烧。因此， 我国农业生物质资源具有巨大的应用潜力。 林业生物质资源 我国现有森林面积为 1.75 亿 hm2，其蓄积量为 124.56 亿 m3。2002 年，全国造林面积 为 777.10hm2，比上一年增长 56.8%。我国陆地林木生物质资源总量在 180 亿 t 以上，可用 于生产生物质能源的主要是薪炭林、林业废弃物和平茬灌木等。林业生物质能资源在我国 农村能源中占有重要地位。2002 年，我国农村消耗的林业生物质能资源约 1.66 亿 tce,占农 村能源总消费量的 21.2%。在丘陵、山区和林区等区域，农民 50%以上的生活用能依靠林 业资源。1999 年，我国林业生物质产量列前 10 位的地区是：黑龙江、内蒙古、四川、云 南、吉林、江西、湖南、广西、广东和山西。另外，我国有宜林荒山荒地约 4692.71 万 hm2，可以开发种植高产能源植物。 （资料来自于百度百科） 我国生物质能源的利用现状 我们国家生物质能源的资源十分丰富，然而我国生物质能源的开发利用起步较晚，随 着近些年的研究和开发，经取得了明显的效果。但总体来说主要是作为燃料提供热能或发 电、农田有机肥料及多种化工产品等。 生物质作为燃料或发电 （1）直接燃烧 我国 9 亿多农村人口的生活用能大部分依赖于生物质能源。然而直接燃烧热效率低， 目前生物质的直接燃烧利用着重于研究开发提高燃烧的热效率，减少有害物排放，如研究 开发各种锅炉等用能设备上。生物质的燃烧，国外用于商业化发电，我国在这一方面仍需 进一步完善。 直接燃烧主要包括炉灶燃烧、压缩成型燃料燃烧、联合燃烧和焚烧垃圾。炉灶燃烧是 传统农村人们的用能方式，因效率比较低而逐渐被淘汰。压缩成型燃料燃烧是将生物质压 缩成型，使其密度增大，性能接近煤，相当于锅炉直接燃煤技术，而且尾气排放污染小， 进行发电很有发展前景，其中颗粒成型燃烧尤适合家庭或暖房取暖。联合燃烧是燃煤掺入 生物质燃烧，可减少二氧化硫及氮的氧化物的排放。焚烧垃圾是锅炉在 8001000高温 下燃烧垃圾可燃组分，释放热量供热或发电。目前我国现代生物质能中用于直接燃烧的高 效燃烧锅炉有 200 多台,效率均可达 80%，有几十家垃圾焚烧炉正常运行。 垃圾顾名思义是一种环境污染物，其实它是“放错位置的财富” ，许多国家和地区，已 经形成垃圾产业，垃圾的资源化既可以减轻环境污染，又可以缓解资源短缺。近年来，国 外不断开发出新型发电技术如城市生活垃圾发电，据试验焚烧 500t 垃圾可以发电 1 万千瓦 时。匈牙利建造的一座大型垃圾发电厂，有 4 个垃圾燃烧室，每个燃烧室可燃烧 15t 垃 圾 电站既发电又给附近用户提供了高达 250的蒸汽。垃圾发电在丹麦、瑞典、德国、 法国、日本、英国等国家也得到重视和应用。污泥发电，日本东京大学发明了一种使污泥 固化的方法，据试验固化污泥每千克有 4000 大卡热量，相当于低质煤的发热量，用它进行 发电，既可节约能源，又可保护环境卫生。但是我国垃圾资源的产业化尚未形成。 我国生物质能直接燃烧发电处于起步阶段，仍具有较大的发展潜能，美国利用生物质 如废木材和农业废弃物燃烧发电技术已经成熟，其发电设备装机容量为 736MW。 （2）利用转化技术 生物质能源的开发利用，按照转化产物的形态可分为生物质的液化和气化，液化与气 化通常采用生物技术和热化学两种方法。 生物质的液化，生物质的热解液化技术在我国目前尚处于试验研究阶段。我国各大院 校如浙江大学对生物质废弃物在回转窑中的热解特性，以及各种碱金属和相关无机元素在 生物质热解中的析出行为进行了研究，上海理工大学、东南大学等也正在从不同的角度对 生物质液化技术进行研究。研究生物质液化是为了提高液体产物的产率，减少固体残留物 和气态产物的量获得品质更高的液体产品。 生物质热解液化所得液体燃料习惯上称为生物柴油，可以直接作为燃料使用，也可以 转化为品位更高的液体燃料或价值更高的化工产品。生物柴油的研究与开发起步晚，有望 在今后几十年中迅速发展起来，形成生物柴油产业。统计数据表明，我国乙醇产量的 1/3 以木薯为原料,2004 年广西乙醇产量为 30 万 t,其中木薯生产乙醇总量达到 10 万 t。利用 生物质生产酒精方面巴西和美国成绩很突出。研究结果表明木薯作为燃料乙醇原料的综合 效益居第二位,它是生产生物乙醇的首选原料,目前科技工作者在木薯乙醇生产中已经开发 出诸如连续发酵、差压精馏等可与玉米乙醇生产相媲美的技术。黑龙江、吉林和河南三省 建设陈化粮为燃料乙醇生产工程,主要原料为玉米、甘薯等,并已在全国十余个城市开展了 掺和 10%乙醇的汽油醇燃料应用示范工作。 生物质的气化,我国生物质生产沼气研究工作开展的较好,利用秸秆和粪便通过发酵,产 生沼气后照明和生活用燃料。目前,我国特别是四川等地在农村已普遍使用了较为实用的沼 气池。沼气开发利用主要有农业沼气,工业沼气,城市下水道污水沼气,城市垃圾沼气。生物 质气化产物主要包含甲烷、乙烷、氢气、一氧化碳、二氧化碳等,这些产物可用做生活燃气 或工业用气。生物质气化是生物质热转化技术中历史最长、最具实用性的一种技术,但生物 质气化气存在的最大弱点,即气体中 H2/CO 值较低。我国在技术与装置开发方面自 1990 年 代以来,已取得了一系列的成果,如主要集中于生物法和热化学转换法生物质的制氢技术,中 国科学院广州能源研究所开发研制的各式气化炉,可用于清洁供热供电和供气,部分产品已 经出口东南亚各国。目前二甲醚的合成主要通过煤气化、天然气气化以及重渣油气化等途 径获得的合成气来合成。据报道,该研究所研究出利用生物质间接液化一步法合成二甲醚的 方法。发明专利是一种利用沼气重整生物质气化气合成二甲醚的新方法,工艺涉及生物质的 高效洁净利用领域,提供了一种完全由生物质高效清洁利用合成燃料二甲醚的绿色合成方法。 生物质转化成其他化工产品 上海大学环境与化学工程学院固体废物研究中心,利用水热技术对甘蔗渣、树叶和菜皮 种生物质垃圾的转化产物和机理进行了研究。结果表明,生物质转化得到的产物中含有大 量的腐植酸物质。这类腐植酸物质可以作为生态肥料,腐植酸含量能达到 45%左右具有良好 的肥效和经济价值。广西大学生物技术学科的研究人员针对此难题经过两年的攻关,成功地 研制了利用污泥制造成高效无污染的生态有机肥的技术,生产的肥料不仅能使农作物产量有 较大的提高,而且使果蔬的品质有极大的提高,深受农民的普遍青睐。2000 年该技术转让给 上市公司桂林集琦集团,当年便实现产业化。我国农村生产沼气过程中,同时得到发酵液、 渣等厌氧发酵残留物,作为农田的有机肥料,效果很好,从而使得生物质能源得到充分利用。 我国木薯生产乙醇技术趋于成熟,乙醇除了作为运输燃料替代汽油,还可以生产冰醋酸、乙 烯及其下游产品。生物质的催化合成甲醇技术发达国家,如美国、日本、英国、法国、德国、 俄罗斯等,早在 10 年前就已开展了技术攻关研究。朱灵峰等研究者开展了此项研究工作,填 补了我国此研究领域的空白。结果表明,解决了催化剂失活问题,秸秆类生物质热化学法制 得的低热值燃气通过适当处理制备的合成气,可直接催化合成甲醇。生物质能的研究工作逐 渐转向热解产品的深加工开发,如活性炭、木醋液等应用研究领域。木焦油是国际紧俏产品,木 醋液可形成多种化工产品。 （资料来源江西林业科技报 2006 年第 5 期） 开发和利用生物质能源已成为世界许多国家开源节流、化害为利和保护环境的重要措 施。据联合国环境保护机构发表的一份调查报告说，至少