中国生物能源现状及其发展前景

1、中国生物能源的现状及其发展前景摘要：随着社会的发展和技术的进步，人类对能源的需求越来越高，但是地球化石资源的储存量却在逐渐降低，同时，生态环境也不断恶化。这些都迫使全球能源结构必须进行战略性调整，开发新的能源。生物能源由于其可再生性，它的发展不仅可以从根本上解决能源危机，而且还能改善日益恶化的环境。本文阐述了当前我国生物能源的主要种类，生物能源的生产技术研究现状及生物能源在我国的发展现状，并展望了生物能源的发展前景。关键词：生物能源 种类 生物能源技术 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 近年来，石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利

5、用日益受到国际社会的重视。其中，生物能源作为目前可直接利用、能较大规模生产并替代运输燃料的能源产品之一，已成为可再生能源发展的重点。但是，一些地方出现的一哄而上发展生物能源的倾向令人担忧。因此，对发展生物能源进行全面、客观的评估，显得尤为重要。一、什么是生物能源生物能源又称生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物中的能量形式，即以生物为载体的能量。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。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。二、生物能源的种类1、森林

6、能源 森林能源是森林生长和林业生产过程提供的生物质能源，主要是薪材，也包括森林工业的一些残留物等。森林能源在我国农村能源中占有重要地位，我国农村消费森林能源约合1亿吨标煤，占农村能源总消费量的30以上，而在丘陵、山区、林区，农村生活用能的50以上靠森林能源。薪材来源于树木生长过程中修剪的枝杈，木材加工的边角余料，以及专门提供薪材的薪炭林。2、农作物秸秆农作物秸秆是农业生产的副产品，也是我国农村的传统燃料。秸秆资源与农业主要是种植业生产关系十分密切。根据1995年的统计数据计算，我国农作物秸秆年产出量为604亿吨，其中造肥还田及其收集损失约占15，剩余5134亿吨。可获得的农作物秸秆5134亿吨

7、除了作为饲料、工业原料之外，其余大部分还可作为农户炊事、取暖燃料，目前全国农村作为能源的秸秆消费量约2.862亿吨，但大多处于低效利用方式即直接在柴灶上燃烧，其转换效率仅为10一20左右。在较为接近商品能源产区的农村地区或富裕的农村地区，商品能源(如煤、液化石油气等)已成为其主要的炊事用能。以传统方式利用的秸秆首先成为被替代的对象，致使被弃于地头田间直接燃烧的秸秆量逐年增大，许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60以上，既危害环境，又浪费资源。3、禽畜粪便禽畜粪便也是一种重要的生物能源。除在牧区有少量的直接燃烧外，禽畜粪便主要是坐沼气的发酵原料。中国主要的禽畜是鸡、猪和牛，根据这些禽畜品种、体重、

8、粪便排泄量等因素，可以估算出粪便资源量。根据计算，目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨，折合7840多万吨标煤，其中牛粪5.78亿吨，4890万吨标煤，猪粪2.59亿吨，2230万吨标煤，鸡粪0.14亿吨，717万吨标煤。4、生活垃圾城镇生活垃圾主要是由居民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑垃圾等废弃物所构成的混合物，成分比较复杂，其构成主要受居民生活水平、能源结构、城市建设、绿化面积以及季节变化的影响。中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。三、主要的生物能源技术1

9、 ，生物质液化燃料乙醇的开发 生物质生产燃料乙醇的原料主要有剩余粮食、能源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。用粮食生产燃料乙醇虽然成本高，价格上对石油燃料没有竞争力，但由于近年来我国粮食增收，已囤积了大量陈化粮，我国政府于2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策，将燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料，已在河南和吉林两省示范。国内外燃料乙醇的应用证明，它能够使发动机处于良好的技术状态，改善不良的排放，有明显的环境效益。然而我国剩余粮食即使按大丰收时的3000万t全部转化为乙醇来算，可生产1000万t乙醇，也只有2000年原油缺口的1/10；而且随着中

10、国人口的持续增长，粮食很难出现大量剩余。因此，陈化粮是一种不可靠的能源 从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究，转化率在70以上。中国科学院过程工程研究所在国家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研

11、究，为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础。以美国国家可再生能源实验室(NREL)为代表的研究者，近年来也进行了大量的研究工作，如通过转基因技术得到了能发酵五碳糖的酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并建成了几个具有一定规模的中试工厂，但由于关键技术未有突破，生产成本一直居高不下。纤维素制乙醇技术如果能够取得技术突破，在未来几十年将有很好的发展前景。2，生物质液化生物柴油的开发生物质液化技术较为重要的方式之一是快速热解生产液体燃料技术，其主产品就是各种生物油。这种技术始于20世纪70年代末，迄今，为降低快速热解法的生产成本，各国已经对多种反应器和工艺进行了研究，特别是欧美等发达国家，在进行全面的理论研

12、究的基础上，已建立了相应的实验装置。快速热解法生产的液体燃料可以替代许多锅炉、发动机及透平机所用的燃油，而且还可以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。发达国家在运用生物技术降低生物柴油的黏度、提高十六烷值、增加低碳脂肪酸含量，获得高品位燃油等方面进行了长期的探索。在利用菜籽油替代柴油的研发方面，栽培高产油菜的英国及北欧国家进行，通过酯化降低其黏度，使之适合于柴油发动机。该技术可规模化应用，2002年欧盟国家已生产替代柴油百余万吨。美国目前年生产生物柴油100万吨，计划2020年达到1 200万吨。生物质快速裂解液化技术方面，荷兰研究开发出旋转锥反应器，将生物质颗粒与惰性

13、热载体一起加入旋转锥底部，当沿着锥壁螺旋上升时，发生快速热分解。这种技术能达到较高的油产量。与流化床快速热解相比，因不需要载气，整个系统效率提高。3， 生物制氢 生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子氢，可分为两个主要类群：1）包括藻类和光合细菌在内的光合生物；Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物的研究已经开展并取得了一定的成果。2

14、）诸如兼性厌氧和专性厌氧的发酵产氢细菌。 目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程的研究较多。中国在此方面研究也取得了一些进展，任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术的研究，并于1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料的有机废水发酵法制氢技术，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，并首次实现了中试规模连续流长期生产持续产氢。在此基础上，他们又先后发现了产氢能力很高的乙醇发酵类型发明了连续流生物制氢技术反应器，初步建立了生物产氢发酵理论，提出了最佳工程控制对策。该项技术和理

15、论成果在中试研究中得到了充分的验证：中试产氢能力达5.7m3H2/m3.d，制氢规模可达5001000m3/m3，且生产成本明显低于目前广泛采用的水电解法制氢成本。4，厌氧发酵技术 厌氧发酵是指在隔绝氧气的情况下，通过细菌作用进行生物质的分解。将有机废水（如制药厂废水、人畜粪便等）置于厌氧发酵罐（反应器、沼气池）内，先由厌氧发酵细菌将复杂的有机物水解并发酵为有机酸、醇、H2和CO2等产物，然后由产氢产乙酸菌将有机酸和醇类代谢为乙酸和氢，最后由产CH4菌利用已产生的乙酸和H2、CO2等形成CH4 ，可产生CH4 （体积分数为55 65 ）和CO2

16、 （体积分数为30 40 ）气体混合物。5， 生物质燃烧技术生物质燃烧方面，主要集中于提高燃烧效率。着力改进锅炉设计，提高单一生物质燃料或与煤混合燃烧锅炉的热效率，以降低乡村、小镇生物质发电和供热的成本。奥地利最大的电力供应商VERBUND对以下四种方式进行了研究： 生物质在一个独立系统中燃烧，产生的热用于现有电厂的锅炉；生物质在组装于燃煤锅炉炉膛中的炉排上燃烧；用专用粉碎机粉碎生物质，在燃煤锅炉中与粉煤一起燃烧；生物质在气化炉中气化，燃气作为锅炉燃料。四、我国生物能源的发展由于形态、存贮、运输等与石油产品相近，我国生物质能源的产品首推燃料乙醇。作为一种性能良好的

17、生物燃料，燃料乙醇有严格的质量标准和比较成熟的生产技术。目前，乙醇汽油的消费量占全国汽油消费量的20%，我国已成为世界上第三大生物燃料乙醇生产国。国家发改委、安徽、山东、河南、河北等已制定出相关产业政策和实施法规，并在财政上给予补贴。 燃料乙醇生产之初，国内库存的近一亿吨陈化粮是主要原料，但是随着燃料乙醇产量的不断增长，国家粮库的陈化粮渐不能满足需要。目前这些陈化粮已经用完。乙醇生产开始转向采用新粮作为原料。我国总体上人多地少，农业后备资源不足，在较长的一个时期里，我国的粮食供应将处于平衡偏紧状态。2006年开始，国内粮食市场价格不断上扬，燃料乙醇的生产成本逐级提高，生产企业利润下降。如果进一

18、步发展生产，主要原料玉米等供给空间十分有限，客观上无法支撑粮食乙醇的扩张。 另一方面，国家主管部门制定的生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划，重点支持用木薯、甜高粱、秸秆等非粮原料生产燃料乙醇。从政策上明确我国在生物质能源的发展方向上将坚持以非粮为主。五、生物能源的前景与方向   由于生物质能源所具有的环保、可再生等特点，同时又能推动农业产业链的发展，在目前国际原油市场回落无望的情况下，生物质能源再度加温，已被认为是解决全球能源危机的最理想途径之一。 目前，欧美及世界多数地区都在寻求生物能源发展之道。我国2004年开始在部分地区试点使用乙醇汽油之后，生物质能源发展方面也取得了较大的进展。以玉米、小麦等生产乙醇，用豆油、棉油等生产生物柴油各地纷纷兴起。但“粮食能源化”是否会影响粮食安全？最新技术进展和专家研究结论表明：鼓励发展非粮生物质能源是解决我国粮食安全和能源安全的根本之道。六、结束语现今世界上的很多国家都很重视发展生物能源技术。在三大化石燃料迅速枯竭的今天，经济的发展却使得人类对能源的需求量大大增加，生物能源作为一种新型可再生的环保能源，它所带给我们的，除了机遇，还有很多的挑战。在这些挑战面前，我们没有办法将其完全消除，但是却应该尽全力将其减小到最小化。现在，国际上对生物能源的利用主要是以粮食为原料，然后实现与普通能源之间的转化，其间有很大的利