我国生物质研究现状

我国生物质研究现状

生物质能占世界一次能源消耗的14%,是继主要的化石能源煤、石油和天然气之后的第4位能源。但目前仍主要以传统的直接燃烧方式为发展中国家居民提供生活用能,能源利用率低,资源浪费严重。现代生物质能利用是指借助热化学、生物化学等手段,通过一系列先进的转换技术,生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料,为人类生产、生活提供电力、交通燃料、热能、燃气等终端能源产品。现代生物质能源利用技术的开发对替代或部分替代化石能源、保护生态环境、实现人类社会的可持续发展具有非常重要的现实意义和长远意义。

生物质发电技术

生物质发电技术集环保与可再生能源利用于一体,从战略需求出发,各国都加大投资力度进行开发利用。生物质发电技术主要包括:直接燃烧发电、与煤混燃发电、气化发电以及沼气/填埋气发电等。

生物质直燃发电技术在我国尚未形成系统性研究,许多问题亟待解决,如:秸秆中含有较高的氯及钾、钠等成分,其灰熔点较低,容易在炉膛内结渣、结焦或沉积于受热面,严重影响生物质燃烧锅炉的换热,甚至造成腐蚀。目前国内在建的生物质直燃电厂主要依靠国外引进技术。

生物质液体燃料技术

生物质液体燃料主要包括燃料乙醇、生物柴油、生物质裂解油和生物质合成燃料等。目前玉米乙醇、生物柴油等第一代液体生物燃料已经逐步应用于国内外工农业生产,成为石油燃料的有力补充。然而,由于玉米乙醇、生物柴油以粮食、油料种子为原料,须占用大量耕地,与国家粮食安全存在矛盾,不可能在我国进行大规模生产,因此,近年来生物质液体燃料的原料开始从粮食作物向非粮作物以及农林废弃物转变。美国和欧洲开始大量投入,开展以纤维素和木质素等为原料生产生物质液体燃料的技术路线和工业实践,预计在6～10年内将有重大突破。

从资源可持续供给和取得根本性技术突破的角度看,生物质热解液化、生物质气化合成燃料具有更加宽泛的资源基础和广阔的发展应用前景,与纤维素燃料乙醇一起通称为第二代生物质液体燃料。我国的第二代生物质液体燃料技术尚处于实验研究阶段,加大其研发示范力度,对尽快实现我国中远期规模化替代石油资源具有重要的科学和现实意义。

发展趋势

目前,少数生物质能利用技术已经比较成熟,具有一定的经济竞争力,初步实现了商业化、规模化应用,如沼气技术;一批生物质能利用技术已进入商业化早期发展阶段,目前需要通过补贴等经济激励政策促进商业化发展,如生物质发电,生物质致密成型燃料,以粮、糖、油类农作物为原料的生物质液体燃料等;还有许多新兴生物质能技术正处于研发示范未来20～30年,除了农村户用沼气与农业生产、生态环境相结合发展而成的综合利用模式外,更趋向于发展生物质分布式能源系统,即向独立分散的小型生物质气化发电、联合循环发电及热电联供方向发展。同时随着石油危机及CO2减排呼声的日益高涨,可实现清洁碳循环的生物质液体燃料技术将会有更快的发展。

生物质液体燃料近期的主要技术是生物质基柴油、燃料乙醇;未来的主要技术是气化合成含氧类液体燃料、纤维素制乙醇及直接热解液化。生物质液体燃料在石油替代中发挥重要作用已经成为一种共识。从长远的技术发展方向和技术选择来看,燃料乙醇技术发展的重点是纤维素制乙醇等;生物柴油的发展则主要依赖油料植物种植的产量,生物质气化生产和费托合成技术生产柴油,或其它生物质液化生产生物柴油技术的发展

技术瓶颈

虽然我国在生物质能源开发方面取得了一定成绩,但在非粮生物质液体燃料的产业化方面进展缓慢,仍有很多问题制约生物质液体燃料产业化的发展,主要表现在:①以木薯、甘薯、甜高粱等生产液体燃料技术存在明显的不足,其中原料预处理及储存困难,转化率偏低,能耗较高是主要问题,严重影响该技术的产业化发展。②生物柴油和纤维素乙醇生产中的生物酶核心技术仍未突破,存在转化效率低、酶成本高等问题。③以秸秆等生物质废弃物生产热解油和气化合成液体燃料技术尚未成熟,存在产品质量不稳定、投资和生产成本高等问题,难以推动生物质气化合成液体燃料产业的发展。

重视资源开发

提高对发展农林生物质能源的认识,特别是能源植物的培育和产业发展应引起各级领导和社会各界的重视,研究、培育、开发速生、高产的能源植物品种,利用山地、荒地、沙漠、湖泊和近海地区发展能源农场、林场或养殖场,建立生物质能资源发展基地,建立培育、经营、加工和市场的产业链,为生物质能产业发展提供资源补给

注重生物质多元化利用

生物质多元化利用包含两重含义:

一是生物质原料多元化，由于生物质资源丰富、成分复杂、种类繁多,原料供应受相关产业生产和季节等影响明显,所以任何一种生物质能利用技术如果原料市场单一,则其技术适应性和规模化发展必将受到限制,导致生产成本较高,市场竞争力弱。目前粮食制燃料乙醇遭遇的原料危机使人们意识到,采用原料广泛而且成本低廉的各类农业纤维废弃物替代粮食制燃料乙醇才是该技术未来的产业化发展道路。

二是生物质能源产品多元化。生物质能更重要的作用是传统化石能源的替代品,因而现代社会工业发展与化石能源有关的能源产品,包括电力、液体燃料、气体燃料、固体燃料,都是生物质能源产品的目标市场,生物质能利用只有走产品多元化的道路,才有可能完成其未来的历史使命。

加强多学科交叉的研究与分析

生物质能研究针对不同的技术路线和工艺过程,明显的体现学科交叉。学科包括植物学、微生物学、化学、热学与经济分析等等,研究基础包括基因工程学、微生物学、生化工程、化学工程、环境工程、能