我国生物质能利用现状与展望

1、    我国生物质能利用现状与展望         摘要：生物质能是重要的可再生能源资源，具有广阔的开发利用前景。介绍了我国生物质能的发展现状，包括固态生物质燃料、液态生物质燃料(燃料乙醇、生物柴油)、气态生物质燃料的开发利用和技术进展。对我国发展生物质能提出了建议，包括生物质能原料的利用和开发，生物质能开发利用的路线与技术，以及开展国际合作与交流，引进吸收国外先进的技术和设备等。 关键词：生物质能，中国，开发利用，技术建议 项目基金：广西环境工程与保护评

2、价重点实验室开放基金(桂科能0701K004)与广西自然科学基金(桂科自0833020)项目资助。 1前言 生物质能是以生物质为载体的能量形式，即通过植物的光合作用把太阳能以化学能形式在生物质中储存的一种能源形式。目前，生物质能是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源。生物质能是重要的可再生能源资源，具有资源种类多、分布广的特点，在当今能源日趋紧张的情况下，越来越引起人们的关注。我国是一个农业大国，薪材、秸秆、畜类等农业生物质能非常丰富。 2我国生物质能的发展现状 我国的生物质能资源虽然总量巨大，但是能量密度低、分布广泛、不易收集利用

3、。我国每年的社会生产活动都要产生大量的工农业废弃物，特别是在我国的广大农村，大多数农民仍以薪柴和秸秆为主要的生活燃料，在春耕秋收的时候，各地的田边地头频繁出现露天焚烧秸秆的现象，不仅影响生活条件的改善，而且导致植被严重破坏，使农村生态环境日趋恶化。 现代生物质能技术为我国工业、农业提供了极大的发展空间，利用现代技术可以将生物质能转化成固态、液态和气态的生物质燃料，显著改善能源利用方式与工作环境，大大提高利用效率，有利于人们生活水平的提高。 2.1固态生物质燃料 目前固态生物质燃料主要有：直接燃烧的生物质；压缩成型燃料；生物质与煤混合燃烧的燃料。 

4、0;生物质直接燃烧是一种非常古老的能源利用方式。利用薪柴、秸秆和畜粪等有机物质为燃料，再通过对传统炉灶的结构和燃烧方式进行改造，可以提高农村户用炉灶炕的热效率。到目前为止，我国已推广新式省柴节煤灶1.7×108户，新式灶提高了热效率10多个百分点，缓解了部分地区柴草不足的紧张局面。 省柴灶的设计关键在于尽量让柴草完全燃烧并且最大限度地利用所产生的热量。例如在陕西农村，原来的大口灶耗柴量大、热利用率低。试验表明若改为小口灶则可节柴30%，再加上风箱则比大口灶节柴60%。省柴灶的热效率比旧灶一般高12倍，节省燃料13-12，并且省时。 普及了省柴灶的地区，由于燃料短缺

5、的问题基本得到了解决，从而大大减少了上山砍树、铲草皮的现象，保护了森林和植被，恢复了自然生态的良性循环。  生物质压缩致密成型技术是在一定温度和压力作用下，将各类生物质压制成密度较大的棒状、块状或颗粒状等成型饲料或成型燃料的技术。成型燃料可以取代煤、燃气等作为民用燃料进行炊事、取暖，也可用于工业供热、发电等。 中国林科院林产化学工业研究所从20世纪80年代起就开始研究开发林木生物质原料和农业废弃物的成型技术。东南大学、中科院广州能源研究所、湖南农业大学、中国农机院可再生能源与环境研究所等单位也进行了一些特色研究。国内一些生产颗粒饲料的厂家也开始在原设备的基础上生产

6、生物质致密成型燃料。河南农业大学农业部可再生能源重点实验室从1992年起开始相继开发生产了液压式、辊压式和螺杆式生物质致密成型机，并进行了小批量生产，取得了较好的社会效益和经济效益。 推广压缩致密成型技术可以解决秸秆资源浪费与焚烧问题；可以提高秸秆资源利用效率，扩大应用范围；可以改善农村生活环境，提高农民生活质量，增加农民收入，提供更多就业机会；可以缓解我国化石能源供应紧张，减少化石能源对环境的污染。但是这种压缩成型燃料是把生物质固化成型后采用略加改进的传统设备燃用，它可提高能源密度，但由于压缩技术环节的问题，成型燃料的压缩成本较高。  生物质与煤混合燃烧燃料主要

7、用来发电，这种混合燃烧燃料发电主要有两种方式：一种是将生物质原料直接与煤在燃煤锅炉中燃烧，生产蒸汽，带动蒸汽轮机发电；另一种是生物质原料先气化生成可燃气体，再与煤混合在一起燃烧发电。 目前，生物质比例占8%以下的煤与生物质混合燃烧，可采用原有的锅炉设备；而生物质比例高于15%时，则需要对原有技术设备进行改造。目前，徐州锅炉厂在试验运行生物质含量达15%的设备，但我国还没有直接用于高比例生物质混合燃烧的设备。 煤与生物质可燃气体混燃技术的关键点在于生物质气化装置，气化设备的优劣决定着混燃质量的好坏，中科院广州能源所的气化设备在国内应用广泛。 2.2液态生物质燃料&#

8、160;液态生物质燃料是指利用生物质资源生产的燃料乙醇和生物柴油等，用以替代由石油资源制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向之一。  燃料乙醇是用于做发动机燃料的乙醇，与普通食用酒精相比其含水率低，不大于0.5%，纯度要求也较低。在石油危机的冲击下，燃料乙醇作为一种高效、清洁的可再生能源，已成为各国科技工作者和企业界关注和研究的热点。乙醇的生产主要采用生物发酵法。发酵法生产乙醇的原料主要是淀粉质作物(玉米、小麦、高梁、木薯等)、含糖作物(甘蔗、甜高梁、甜菜等)和纤维质原料(秸秆、木屑、农作物壳皮等)。这些原料经过加工、处理后转化变成微生物可利用的糖类物质，再经发酵

9、过程后提取发酵醪液中的酒精。该工艺的特点是产品纯度比较高，原料可再生。 我国生物燃料乙醇的主要生产原料为玉米和小麦等粮食作物。“十五”期间，在河南、安徽、吉林和黑龙江分别建设了以陈化粮为原料的燃料乙醇生产厂，总产量达到每年102×104t。我国燃料乙醇工艺生产技术以中粮生化能源(肇东)有限公司(生产能力为10×104ta)的玉米“半干法”生产工艺较为先进。中粮肇东的三期乙醇装置均采取“半干法粉碎工艺”，彻底抛弃了“湿法”或“改良湿法”的浸泡过程，流程进一步简化，减少了一次水用量。同时，“半干法”又克服了“干法”提油困难的缺点，玉米油收率已接近“改良湿法”，在技术及

10、经济上更加合理。此装置技术达到国内领先、国际先进水平，实现了清洁生产。 但是，随着陈化粮食的逐步消耗和玉米价格的节节攀升，以粮食作物为原料大规模生产生物质燃料替代石油燃料时，也会产生如同当今面临的石油问题一样的原料短缺问题。因此，国家2006年起停止新批玉米燃料乙醇企业的生产，并大力鼓励发展非粮作物为原料的燃料乙醇。目前国家通过政策导向和资金支持积极推动我国薯类、甜高梁和纤维素等非粮作物生产燃料乙醇生产技术的发展，得到了企业界的积极响应。 木薯的DDGS营养价值低，通常都用于做沼气或者肥料，附加值较低。薯类原料由于它有加工性能良好及不与粮争地的优点，已被人们公认为是一种有很

11、大发展潜力的乙醇生产原料。2005年我国木薯种植面积约60×104hm2，总产量1100×104t。在适合木薯生长的广西、广东、海南、福建、云南五省区，约有荒草地，裸土地，后备宜林、宜农、宜牧荒山、荒地等未利用土地2×108亩(1亩666.6m2，下同)，若开发15，则可利用种植面积至少为4000×104亩。按亩产2t计算，每年可收获8000×104t木薯，在保证现有木薯淀粉生产水平的情况下，可生产燃料乙醇约1000×104t。 2007年12月，采用天津大学石化技术中心木薯燃料乙醇成套生产技术(简称TUS技术)，设计建设的

12、广西中粮生物质能源有限公司年产20×104ta木薯燃料乙醇示范生产装置，一次投料试车成功，薯类燃料乙醇各项生产技术指标居于世界领先水平。但是木薯淀粉加工工艺耗水量大，后期的污水处理难度加大。 近年我国甘蔗产量在8500×104ta左右，用蔗糖副产的糖蜜生产酒精(食用酒精)约超过50×104ta，应用纯甘蔗汁发酵工艺生产能源乙醇仍处于中试阶段。目前在广东遂溪建成1.2×1104亩“双高一优甘蔗产业化示范区”，辐射原料蔗区面积已达1.5×104hm2，有3个能源甘蔗品种通过协议有偿转让给闽、粤两地的蔗糖、酒精生产龙头企业。2002年广东遂

13、溪特级酒精酿造企业公司以糖、能兼用新品种的应用为核心的10×104ta乙醇技改扩建项目获得国家有关部门批准和资助。虽然我国南方甘蔗资源丰富，但由于我国人口众多，蔗糖的需求量非常大，企业直接生产蔗糖利润通常高于生产燃料乙醇，所以我国甘蔗燃料乙醇技术始终没有得到很好的发展。 以甜高梁为原料生产燃料乙醇项目较早就受到了我国有关能源企业的关注，部分科研院所都相继开展了甜高梁品种的研究工作，选育出了一批适于不同地区、用于不同目的、高糖高产的优良品种。北京绿能植物研究所在甜高梁的研究和开发领域做了大量工作，先后培育出“甜饲1号”、“绿能2号”、“绿能3号”、“绿能4号”、“绿能5号”等

14、优良品种和杂交种，近年来培育的甜高梁品种如“BJ190”“BJ-238”、“BJ-281”、“BJ-248”等，在全国甜高粱品种区域试验和国际甜高梁品种区域试验中均居前几位，产品质量水平显著优于外国品种，有些品种已推广到非洲和美洲。2006年，中粮集团公司与国内有关科研单位合作，在内蒙古建立了甜高梁生产乙醇中试装置，取得了阶段性的成果，并完成了河北衡水以甜高粱和红薯为原料年产20×104ta燃料乙醇生产装置的前期准备工作。中国石油作为中国最大的能源企业也积极推进甜高粱生产燃料乙醇生产技术的研究与开发，计划在山东滨州建设以甜高粱和红薯为原料，年产10×104t /a燃料乙醇生

15、产装置的项。 我国可利用的木质纤维素每年有7×108t左右，因而我国发展纤维素乙醇有更大的优势。这些丰富而廉价的自然资源主要来源于农林业废弃物、工业废弃物和城市废弃物，纤维素乙醇是未来燃料乙醇产业发展的必然方向。迄今为止，我国已经建成和正在建设多套纤维素乙醇中试生产线。河南天冠集团已建成300ta的纤维素乙醇实验装置；中粮集团于2006年在黑龙江肇东建成了以玉米秸秆为原料的500ta纤维素乙醇中试装置，并生产出纤维素乙醇产品；吉林燃料乙醇公司计划筹建4000ta的玉米秸秆生产纤维素燃料乙醇的示范工厂。制约纤维素乙醇实现大规模工业生产的因素主要有原料的收集困难、预处理技术相对

16、落后、耗水量大、污水处理成本高等。 鉴于国家政策限制玉米等粮食燃料乙醇，大力提倡非粮燃料乙醇，因此寻找廉价原料、研究新的生产工艺成为未来燃料乙醇产业发展的核心动力。现阶段，在积极推广玉米、小麦为原料的燃料乙醇项目的基础上，应该因地制宜发展生物质能较高的作物资源，建立稳定的生物质能转换基地，并通过技术引进和工艺革新，完善原料的加工技术，实行全面的、综合的产品开发，促进我国生物质能转化体系的完善和可持续发展。  生物柴油是燃料乙醇以外的另一种液体生物质燃料。它是指以油料作物(如麻风树、黄连木等植物)、野生油料作物等植物油脂，以及动物油脂、废餐饮油等为原料油通过酯交换工

17、艺制成的甲酯或乙酯燃料。生物柴油可以替代部分石油等化石资源，具有温室气体排放量少、排放物易于生物降解等特点。 生物柴油生产技术经过多年的研究和发展，已经形成比较完备的技术体系和方法，涵盖了化学催化剂法、生物酶催化剂法、无催化剂法(在高温、高压下进行)、常压法和加压法等生产技术。早期的高温裂解法最为简单，普通家庭就可以进行小作坊生产。 现在生物柴油的生产技术主要可以归结为物理法和化学法。物理法是利用生物油脂高能量密度和可燃烧的特性，不改变生物油脂的组成和性质，直接把生物油脂与石化柴油混合使用，或把生物油脂制成微乳液而作为燃料使用。化学法是把生物油脂和甲醇等低碳一元醇(通常为C

18、1-4醇)进行酯化或转酯化反应，生成相应的脂肪酸低碳烷基酯，再经分离甘油、水洗、干燥等适当处理后就可以获得生物柴油。 目前国内已成功利用菜籽油、大豆油、米糠油、光皮树油、工业猪油、牛油及野生植物小桐籽油等作为原料，经过甲醇预酯化后再酯化，生产的生物柴油不仅可作为代用燃料直接使用，而且可以作为柴油清洁燃烧的添加剂。目前，从事生物柴油研究的单位主要有中国科技大学、中国石化石油化工科学研究院、东北林业大学、华东理工大学、江苏石油化工学院、抚顺市长江生物柴油技术应用研究所等单位。 2001年6月，四川古杉油脂化学有限公司投资1800多万元，建成一期工程，年产1.2×104

19、ta生物柴油及甘油。该公司以植物油精炼过程中所产生的下脚料及食用回收油为原料，经酸化除杂、连续脱水、酯化、回收甲醇、静置、分出下层、回收甘油、连续蒸馏，生产生物柴油，其工艺简单、可靠，酯化速度快，反应6h即可结束，酸值可降至1mgKOHg以下，脂肪酸转化率高达93%以上，成品收率高，甲醇消耗低，生产成本低，适于大规模工业化生产。由于产品投放市场供不应求，2002年1月公司开始扩建改造，于2002年4月13日正式投入运行，年生产3×104ta生物柴油。 民营企业海南正和生物能源有限公司于2001年9月建成年产近1×104ta的生物柴油试验工厂，该公司主要以餐饮业废油

20、和精炼植物油下脚为原料，经过甲醇预酯化后再酯化生产生物柴油。油品经中国石化石油化工科学研究院以及环境科学研究院测试，主要指标达到美国生物柴油相关标准的要求。 当前，在生物柴油的研发和利用方面，要改进生物油脂向生物柴油转化的工艺过程，还要寻求廉价的生物油脂来源。木本油料植物(如油茶、麻风树等)抗逆性强、管理容易、出油率高，具有巨大的开发潜力和广阔的发展前景，对于未来食用油产业以及能源用油的发展具有不可替代的作用。同时，我国非耕地资源较丰富，用好非耕地资源，结合西部地区“退耕还林”等国家政策，开发适合当地条件的能源植物，是农民增收的有效途径，也是一条缓解能源短缺压力的有效途径。 

21、;2.3气态生物质燃料 气态生物质燃料包括沼气、生物质气化制气等。我国沼气开发历史悠久，具有中国特色的户用沼气池(610m3)现已经发展到465×104个，年产沼气约15×108m3。但大中型沼气工程发展较慢，还停留在几十年前的个体小厌氧消化池的水平。到2005年底，我国已经建成沼气1700×104口，年产沼气量65×104m3，建成大型沼气工程1500座，年产沼气约15×108m3，沼气产业服务体系也日趋完善。另外，以生物质能利用技术为核心的综合利用技术模式也得到快速发展，成为我国生物质能利用的特色，如“四位一体”模式、能源环境工程

22、、南方的“猪沼果”模式等。 在生物质气化技术开发方面，中国对农林业废弃物等资源的气化技术的深入研究始于20世纪70年代末、80年代初。截至2006年底，中国生物质气化集中供气系统的秸秆气化站保有量为539处，年产生物质燃气1.5×108m3；年发电量160kW·h的稻壳气化发电系统已进入产业化阶段。 3我国生物质能发展的建议 3.1生物质能原料的利用和开发 在生物质能的原料方面，主要体现在农林废弃物的充分利用及能源作物的开发。要因地制宜地综合利用分散的薪柴、秸秆等农林废弃物，尤其是大力发展农村沼气。 另外，在能源作物方面，我

23、国幅员辽阔，地域跨度大，水热资源分布差异大，能源作物种类丰富多样。中国经济植物志中记述了2411种经济植物，其中包括纤维类468种，淀粉和糖类278种，油脂类430种，这3类植物占我国经济植物种类总量的40%以上，都可以作为能源作物开发利用。同时，由于我国气候类型的多样性，国外的优良植物资源在国内总能找到合适的种植区，这对我国发展能源纤维作物非常有利。 根据我国不同地域的地理、气候条件，今后要在大力发展木薯、甜高梁、甘蔗等能源作物的基础上，进一步开发利用新的能源作物品种，为我国燃料乙醇和生物柴油技术水平的提高提供坚实的物质基础。但基于能源作物存在种植分散、成熟期集中、收割期短、运输费

24、用高、难于贮存等问题，使用单一原料易对市场供求造成冲击，所以应扩大乙醇装置的原料来源，使其多样化，以保证市场的连续稳定供应。 3.2生物质能发展的路线与技术  我国农业生物质能产业的发展，要在保障国家粮食安全的前提下，以充分利用农业废弃物，大力加强沼气建设，积极推广秸秆气化和固化成型燃料为重点，适度发展能源作物，走中国特色的农业生物质能产业发展道路。 现阶段，应结合我国分散的能源系统，在乡镇大力推广省柴灶和沼气系统，开发改造乡镇企业的燃煤设备为“煤+生物质能”设备，提高秸秆等生物质能的综合利用率；在城市，大力推广成型燃料及专用取暖炉，取代煤炉取暖的小型锅

25、炉。将来，可根据集中居住人口的多少，建立能源工厂，把生物质能转换成化学能，把产生的气体进行收集净化后，输送到居民家中作为燃料。为此，需要建设大量的速生薪炭材基地，为工业化综合开发利用木质能源提供丰富的原料。 这种生物质能的集约化综合开发利用，既能提高生物质的热效率，减少对环境的污染，又可以解决居民用能问题，也为农村剩余劳动力提供就业机会，提高居民的生活水平。因此，从生态环境和能源利用角度出发，建立能源材基地，实施“林能”结合工程，是切实可行的发展方向。  液态生物质燃料，尤其是燃料乙醇是今后生物质能利用的重要方向。国家可再生能源中长期发展规划中明确提出，我国近期将重点发展以薯类、甜高粱等