生物质能源对现代生活的影响.doc

1 引言能源关系到政治稳定和经济发展。我国是农业大国，农村能源的现代化是我国实现全面小康的重要环节。当前，我国农村生活能源消费水平增长缓慢，能源消费结构滞后。消费特征表现为水平低、品位差；能源浪费严重；不合理的能源利用方式带来严重的生态环境问题。随着经济的发展，未来农村生活能源消费具有巨大的增长空间。生物质能是我国农村生活用能的主要组成部分，开发生物质能的现代化利用方式有利于提高农民生活水平、改善生态环境、缓解国家能源需求压力，因此应大力推广。1.1 生物质( biomass)是指由植物、动物或微生物等生命体所合成，并可再生或可循环的有机物质的总称。通常把用作能量转化的生物质分为四大类：木材残余物( 包括所有来源于木材和木材产品的物质，材、木炭、废弃木材和森林的残余物)；农业废弃物( 所有与种植业和庄稼处理过程有关的废弃物，如稻谷壳、秸秆和动物的粪便等)；能源植物( 专门用于能量生产的作物，如甜高粱、甘蔗、木薯、麻风树、油菜等)；有机生活垃圾( 纸屑、纺织废料、废弃食物、城市污水等) 。1.2 生物质能(Bioenergy)是太阳能以化学能形式贮存在生物质体内的一种能量形式，它以生物质为载体，直接或间接地来源于植物的光合作用，生物质能是惟一的可再生碳源。是绿色植物将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有举足轻重的地位， 是人类使用最古老的能源，未来生物质能更会成为支柱能源之一。2 我国生物质能源的开发2.1 必要性生物质能源是可再生能源的重要组成部分。随着世界上的石油燃料逐渐枯竭， 可再生能源越来越受到全世界的关注，生物质能源正成为全球研究的重点领域。生物质能源具有可再生、碳平衡、可储存性与替代性、储存量大、开发转化利用技术容易、与农林关系密切等特点。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40以上。2.2 在我国发展的优势我国生物质能资源丰富，发展生物质能源对于调整能源结构、保障我国经济、社会的可持续发展具有重要的战略意义和现实意义。生物质能源是我国农村生活的主要能源，具有来源广泛、成本低廉的特点。利用现代化的生物质能源不仅可以提高我国能源问题。我国是一个农业大国，历来重视生物质能源的利用，目前我国生物质能的现代化利用方式已经走向成熟阶段，但仍存在着许多问题。3 我国生物质能源的利用现状生物质能是人类利用最早的能源之一，但长期以来，世界上生物质能源的开发利用技术，主要是采用直接燃烧。尽管经过不断的技术改造，利用效率仍很低。为了提高效率、方便运输、储存，减少直接燃烧造成的环境污染，近几十年来，不少国家，尤其是经济发达国家，大力研究、开发利用生物质转型优化的能源技术，也就是将低品位的生物质能源转变成液体、气体、固化、电力等形式的优质新能源的技术以及高效节能技术，并开发种植能源植物，增加生物质能源的源储备。随着现代科学技术的发展与进步，传统直接燃烧取能的方式对资源的浪费和环境的污染，将逐步被取代；科学、合理地利用生物质能源，向生物质能气化、液化、固化、电能转化等方面发展。目前，生物质能源的开发利用生产方法既包括采用生物方法如发酵、酶转化，也包括采用物理和化学方法如气化和液化方法产生的能源。纵观国内外已有的生物质能利用技术。目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达14401800亿吨（干重），其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的38倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。我国农村生活能源结构滞后。现阶段仍以秸秆和薪柴等生物质能为主。2000 年，我国农村消费能源达353Mtce，其中，农村生活用能占56%，而农村生活用能以秸秆、煤炭和薪柴为主，其中秸秆和薪柴的比重共达57%，其次为煤炭，达31%。电力、成品油、液化气和天然气等商品能源的比重较低（图1）。但秸秆和薪材这两种非商品能源的消费呈下降趋势，而所有的商品能源即原煤、电力和煤油等商品能源均呈上升趋势（图2）。与数量的变化趋势相同，农村生活消费能源中，秸秆和薪柴的比重分别从1979 年的46%、39.8%下降到2000 年的35.4%和22%，下降幅度超过10个百分点。而商品能源中，原煤的比例增加了将近20个百分点，电力和煤油分别增加6.5和1.6个百分点。图1 2000年我国农村生活用能消费结构图2 我国农村生活能源消费结构4 生物质能利用技术开发的对现代生活的意义中国是一个人口大国，又是一个经济迅速发展的国家，21世纪将面临着经济增长和环境保护的双重压力。农村生活能源消费所出现的问题使生物质能现代化利用成为必要，而能源现代化是我国农村现代化、农民过上小康生活的重要体现。因此改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护，对提高农村生活水平、改善生态环境、保障国家能源安全等方面具有重大意义。 4.1 有助于提高农村生活水平开发利用生物质能对中国农村具有特殊意义。中国80%人口生活在农村，生物质能占有重要地位。1998年农村生活用能总量3.65亿吨标煤，其中秸秆和薪柴为2.07亿吨标煤，占56.7%。因此发展生物质能技术，为农村地区提供生活和生产用能，是帮助这些地区脱贫致富，实现小康目标的一项重要任务。4.1.1 发展石油替代行业有利于解决“三农”问题农村、农民和农业的“三农”问题、环境与资源问题，是13亿人口大国均衡发展、建立和谐社会的关键，建立庞大的“石油替代”能源体系，不仅为我国农业产业化、农村地区城市化提供良好的机遇，是我国相当长时间发展重要驱动力，也是解决这些突出问题的最佳切合点。我国最著名的农业科学家之一、中国科学院院士、中国工程院院士石元春日前公开提出：让我国农民“种出绿色大庆”。 据科技部有关单位的调研，我国南方的甘蔗、木薯，中、东部地区的小麦、水稻，北部的土豆、玉米，西部地区的油桐。麻疯树，干旱地区的山芋，等等，都是加工转化燃料酒精、生物柴油的良好原材料。其中麻疯树籽含油率达50%，是制造生物柴油的良好材料。我国西南地区现有10万亩，到2010年种植面积可达1000万亩。国家科技部生物技术中心主任王宏广接受采访时告诉记者：目前我国富余的农副产品加工转化，确可“再造大庆”，即相当于5000万吨原油。如果把每年农民白白焚烧的秸杆收集处理后加工乙醇，替代车用油，总量可达6000万到1亿吨。已经开始用生物质能加工品全线替代石油产品的安徽丰原集团董事长李荣杰测算：只要石油不低于35美元每桶，用生物质能加工成燃料酒精、生物柴油、乙烯、聚酯等，都有利可图。 4.1.2 生物质能对提高人民生活水平的意义生物质能的现代化技术开发在3个方面对提高农民生活水平具有重要意义：改善了以往“烟熏火燎”的炊事环境。如办沼气可净化室内外空气。室内外空气质量与厨房燃料的燃烧造成的废气污染关系很大。河南卫生防疫站的监测结果表明生物质能在传统利用方式下居室内CO、SO 2、CO 2、TSP的浓度分别比现代化利用方式下（此处指沼气利用）的浓度低；沼气池处理粪便还具有明显的卫生效果。沼气村的地下水细菌总数合格率和大肠杆菌合格率均为51.6%，对照村则分别为32.6%和28.0%,。沼气村的苍蝇密度下降了80%左右；减轻了妇女劳动强度。生物质用能量的减少，节约了大量砍柴工，解放了农村劳动力，尤其是减轻了妇女劳动强度。现代生物质能一体化系统的建设将促进现代种植业的发展，成为农村新的经济增长点，增加农民就业机会，改善生活环境，提高农村居民收入，振兴农村经济。比如，生物质的能源利用夸人根本解决我国农村普遍存在的而始终无法根治的“秸秆问题”，避免作物秸秆成为德废弃物被遗弃在田头地间，甚至就地焚烧，并影响高速公路、航空交通和人民的生活。将农业废弃物转化为优质资源，形成产业化，可大量消纳秸秆废弃物，达到消除秸秆危害的目的。4.2 缓解我国能源短缺，保证能源安全4.2.1 缓解能源短缺形式作为基础能源，秸秆和薪柴等生物质能是农村主要生活燃料。尽管煤炭等商品能源在农村的使用迅速增加，但受资源条件和供应渠道的限制较大。而生物质能则因为搜集成本低，形成很大浪费。如果通过开发、改善秸秆利用现代化方式，不仅可以节省资源，一定程度上也有助于缓解国家能源危机。1991年至1998年，农村能源消费总量从5.68亿吨标准煤发展到6.72亿吨标准煤，增加了18.3，年均增长2.4%。而同期农村使用液化石油气和电炊的农户由1578万户发展到4937万户，增加了2倍多，年增长达17.7，增长率是总量增长率的6倍多。可见随着农村经济发展和农民生活水平的提高，农村对于优质燃料的需求日益迫切。传统能源利用方式已经难以满足农村现代化需求，生物质能优质化转换利用势在必行。4.2.2 替代石油将使我国资源状况化短为长人类使用的三大主要能源是原油、天然气和煤炭，但它们都是不可再生的能源。据国际能源机构的统计，这三种能源还能供开采的年限，分别只有40年、50年和240年。开发新能源已成为人类发展中的紧迫课题，核能还将有所发展，太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源，今后将会优先获得开发利用。另一个值得重视的新能源是可再生的生物能源。 我国虽已探明煤储量6000亿t，石油70亿t，水力发电6.8亿k但由于1978年以来我国总的能源利用率已超过30%，能源分布不均匀，能源产量低和农村能源供应短缺等因素，致使能源供应趋于紧张。开发利用生物能源，在这方面可以起到显著的缓解作用。特别是在农村年产稻壳3225万t，玉米芯1250万t，甘蔗渣400万t，棉籽壳200万t，糠醛渣30万t，人畜粪便1380万t的条件下，可用微生物作用年产沼气达14.28108m3，相当于25.94106t标准煤，从而彻底改变现在农村能源短缺的状况。按目前国内外研究水平，燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性，何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高，而且仍以成品油消耗为主。另一方面，石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力，其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此，发展生物能源是必然之路，眼前解决车用燃油问题，中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。目前，国际上生物能源技术相对成熟，替代石油的路线是：谷物、秸杆、其它植物等发酵乙醇车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等；另一种是利用劣质食用油、麻疯树籽等直接加工生产高品质车用柴油。无论何种生物质转化，都是我国资源的“长腿”。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机。4.3 有助于改善生态环境4.3.1 治理有机废弃物污染，保护生态环境我国现在因利用能源而导致严重的环境污染，例如烟尘和SO2年排放量为2857万t，燃烧后的垃圾排放为年均573000万t，因薪柴之用破坏森林植被导致每年土壤流失50亿t。利用生物生产能源和对其进行利用，不仅没有环境污染问题出现，而且还可使目前污染严重的环境状况得以缓解。 数百年来在燃料王国里唱“主角”的煤和石油都是远古时代的动植物生成的，那么能否种植能源作物，直接从能源作物生产燃料？这是21世纪普遍关注的一个新问题。理想的生物燃料作物应具有高效光合能力，到目前为止，科学家们已发现了40多种能够生产“石油”的植物。 生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于地球上植物中的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍，而作为能源的利用量还不到其总量的1%。通过生物质能转换技术，可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭、石油和天然气等燃料。由此可见，发展生物质能源，对保障我国未来能源安全具有重要作用。 4.3.2 减少排放，实施可持续发展生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用。由于中国地广人多，常规能源不可能完全满足广大农村日益增长的需求，而且由于国际上正在制定各种有关环境问题的公约，限制二氧化碳等温室气体排放，这对以煤炭为主的我国是很不利的。因此，立足于农村现有的生物质资源，研究新型转换技术，开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。生物质能的利用有利于减少碳排放，从而缓解全球变暖趋势。生物质能源对温室气体的减排作用表现在：矿物燃料是把原为固定的碳通过燃烧使其流动化，并以二氧化碳的形式累计与大气环境中造成温室效应；而生物质中的碳来自空气中流动的二氧化碳，如果速度合适，二氧化碳甚至可以达到平衡，整个生物质能循环就能实现二氧化碳零排放，从根本上解决矿物能源消耗带来的温室效应问题。5 现代生物质能的利用技术及存在问题我国生物质能的系统利用技术较为成熟，生物质能利用方式有3种，即直接燃烧、物化转化和生化转化。技术成熟、综合效益高的利用方式主要有沼气技术、气化技术、气化发电、秸秆成型等。要使农民生活达到小康水平，能源的现代化消费是其主要标志之一。生物质现代化利用技术虽然正在我国推广应用，但推广过程碰到很多问题。首先，我国农村能源政策不适合城乡一体化的发展趋势，如尽管国家对建设沼气池的家庭有一定补助，农民仍然需要亲自筹措资金、收集原料、进行技术管理等工作，这种自给自足式能源供给方式显然违背了农村现代化、城乡一体化、增加农民收入的初衷。其次，我国还没有建立起完善的生物质能源市场。现代生物质能源的特征是可以进行商品交易，但我国尚不具备这样的条件。对于生物质资源的使用者而言，人们认为生物质资源既