生物質(zhì)能——２１世紀(jì)主要新能源之一

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展以能源為重要能力，大力開發(fā)和利用新能源之一的生物質(zhì)能源，對于緩解21世紀(jì)的能源、環(huán)境和生態(tài)問題具有重要意義，產(chǎn)生諸多利益。

生物質(zhì)能是由植物的光合作用固定于地球上的太陽能，最有可能成為21世紀(jì)主要的新能源之一。據(jù)估計，植物每年貯存的能量約相當(dāng)于世界主要燃料消耗的10倍；而作為能源的利用量還不到其總量的l%。

生物質(zhì)能源是人類利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15億以上的人口以生物質(zhì)作為生活能源。生物質(zhì)燃燒是傳統(tǒng)的利用方式，不僅熱效率低下，而且勞動強度大，污染嚴(yán)重。通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效地利用生物質(zhì)能源，生產(chǎn)各種清潔燃料，替代煤炭、石油和天然氣等燃料生產(chǎn)電力。而減少對礦物能源的依賴，保護(hù)國家能源資源，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。

目前，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家，都在致力于開發(fā)高效、無污染的生物質(zhì)能利用技術(shù)（如生物質(zhì)液體燃料、生物質(zhì)能熱裂解氣化等），保護(hù)本國的礦物能源資源，為實現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供根本保障。

我國政府及有關(guān)部門對生物質(zhì)能利用極為重視，國家科委已連續(xù)在國家五年計劃中將生物質(zhì)能技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點研究項目，取得了可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

盡管生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景巨大，但發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)需要形成一個完整的產(chǎn)業(yè)鏈，這樣才可產(chǎn)生綜合經(jīng)濟(jì)效益，而目前國內(nèi)這種產(chǎn)業(yè)鏈遠(yuǎn)未形成，市場發(fā)育不成熟、技術(shù)水平落后、政府對產(chǎn)業(yè)的管理不到位等問題的嚴(yán)重制約，亟需突破發(fā)展“瓶頸”。

在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中指出，今后15年，我國在生物質(zhì)能方面將重點發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、生物液體燃料、沼氣及沼氣發(fā)電、生物固體成型燃料技術(shù)四大領(lǐng)域，開拓農(nóng)村發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)，為農(nóng)村提供高效清潔的生活燃料，并為替代石油開辟新渠道。到2020年，我國生物質(zhì)能源消費量有望占到整個石油消費量的20%。

“十一五”時期生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能，正面臨著前所未有的發(fā)展良機(jī)。國家電網(wǎng)公司擔(dān)任大股東的國能生物質(zhì)發(fā)電公司目前已有19個秸稈發(fā)電項目得到主管部門批準(zhǔn)，大唐、華電、國電、中電等集團(tuán)也紛紛加入，河北、山東、江蘇、安徽、河南、黑龍江等省份的100多個縣、市開始投建或簽訂秸稈發(fā)電項目。

生物質(zhì)能源作為我國在未來世紀(jì)可持續(xù)能源重要部分之一，2007絕對是一個新“招”頻出、具有劃時代意義的一年。

項目名稱：生物質(zhì)熱解新技術(shù)

及成套裝置

項目簡介：該項目在國內(nèi)首次提出兩段式氣化爐與高壓靜電捕焦器相結(jié)合工藝，氣化效率高、燃?xì)鉄嶂蹈?、焦油含量低、碳轉(zhuǎn)換率高，技術(shù)先進(jìn)，具有創(chuàng)新性。

項目負(fù)責(zé)：綿陽通美能源科技有限公司。

意義：對解決農(nóng)民增收、農(nóng)村秸稈無組織焚燒帶來環(huán)境污染、可再生能源的應(yīng)用等問題具有很好的示范和推廣意義，應(yīng)用前景廣闊。

項目名稱： 能糖兼用品種

甘蔗清汁生產(chǎn)酒精

項目簡介：以農(nóng)業(yè)部甘蔗生理生態(tài)與遺傳改良重點開放實驗室選育的、具有高糖分抗逆性強蔗汁組分適用于發(fā)酵特點的能糖兼用的優(yōu)良品種甘蔗為原料，采用甘蔗清汁發(fā)酵酒精的清潔生產(chǎn)新工藝，排除甘蔗混合汁中影響正常發(fā)酵的非糖分膠體物質(zhì)及固體懸浮物，防止其經(jīng)高溫蒸餾形成難降解的化合物。

甘蔗清汁發(fā)酵酒精的清潔生產(chǎn)新工藝可進(jìn)行高濃度蔗汁發(fā)酵，提高發(fā)酵效率，縮短發(fā)酵時間，降低物耗成本7%，并且新工藝產(chǎn)生的酒精廢液具有較好生物可降解性，經(jīng)常規(guī)生物處理可達(dá)標(biāo)排放，解決生物質(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精的廢液污染的難題。甘蔗清汁發(fā)酵酒精的清潔生產(chǎn)新工藝副產(chǎn)物蔗渣可作為制紙漿原料或燃料發(fā)電；蔗汁的濾渣可作為有機(jī)肥料；廢酵母回收為高蛋白飼料，做到綜合利用，清潔生產(chǎn)。

項目負(fù)責(zé)：福建師范大學(xué)。

意義：形成以甘蔗為原料的糖加工業(yè)和燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的互動，形成合理的糖能產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改變我國由于糖料生產(chǎn)長期起落不定，蔗農(nóng)生產(chǎn)不穩(wěn)定的局面，為蔗區(qū)經(jīng)濟(jì)注入新活力，實現(xiàn)良性可持續(xù)發(fā)展。

項目名稱： 家用生物質(zhì)顆粒燃料爐

項目簡介：該成果對生物質(zhì)成型顆粒燃燒動力學(xué)特性進(jìn)行了試驗研究和理論分析，分析了生物質(zhì)成型顆粒燃料的燃燒動力學(xué)特性。在此基礎(chǔ)上，針對生物質(zhì)燃料揮發(fā)分高、燃點低的特點，研究設(shè)計出專門燃用生物質(zhì)顆粒燃料的氣化燃燒炊事爐具。采用氣化、燃燒一體化技術(shù)，大大提高了生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒效率，爐具燃燒穩(wěn)定性較好，火力強、火力可調(diào)。經(jīng)河南省節(jié)能及燃?xì)饩弋a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站檢測，系統(tǒng)的各項技術(shù)性能符合河南省科學(xué)院能源研究所企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/HKN002-2005《家用生物質(zhì)顆粒燃料爐》的要求。

項目負(fù)責(zé)： 河南省科學(xué)院能源研究所。

意義：該燃料爐立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)能資源，為城市、農(nóng)村生活用能及工業(yè)用能提供了一種既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)、安全的綠色消費方式，是現(xiàn)行節(jié)柴灶、節(jié)煤爐的更新?lián)Q代產(chǎn)品，廣泛適用于廣大農(nóng)村地區(qū)生活炊事用能。

項目名稱： 摻燒20萬噸／年

秸稈發(fā)電技術(shù)

項目簡介：該技術(shù)針對目前電廠常用的中溫中壓、高溫高壓煤粉爐，在不改變原有鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)的情況下，將秸稈和煤粉兩種原料經(jīng)自通道進(jìn)入爐膛，通過專用燃燒器撞擊塊的作用，均勻調(diào)節(jié)秸稈燃燒器，既可作為煤粉燃燒器，又可作為專用摻燒秸稈燃燒器使用，設(shè)計合理；通過調(diào)整燃燒器的配風(fēng)，確保了鍋爐正常切圓燃燒工況；設(shè)計的秸稈輸送系統(tǒng)，較好地解決了秸稈物料易堵塞等問題；采用PIC技術(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)自動控制。

項目負(fù)責(zé)： 河南省輝縣市光泰熱電有限責(zé)任公司。

意義：經(jīng)實際生產(chǎn)運行表明，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，當(dāng)秸稈摻燒比例達(dá)40％時，每年可節(jié)約10萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，并可增加農(nóng)民收入，減少發(fā)電廠二氧化硫排放，具有明顯的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

項目名稱： 生物質(zhì)催化制氫

及液體燃料研制

項目簡介：本項目廣泛對木粉、木塊、秸稈和稻殼等不同生物質(zhì)原料進(jìn)行制氫和合成甲醇、二甲醚等液體燃料的實驗研究。在生物質(zhì)制氫方面，以各種生物質(zhì)廢棄物為原料，將流化床和固定床聯(lián)合使用，并分別使用流態(tài)化催化劑白云石和固定床用鎳基催化劑進(jìn)行生物質(zhì)催化制氫的研究。生物質(zhì)經(jīng)催化氣化和焦油裂解后，其富氫燃?xì)獬煞诌_(dá)到氫氣/一氧化碳為2.8～3，合成氣（氫氣、一氧化碳和二氧化碳）比例達(dá)到90％以上。最高氣體產(chǎn)率達(dá)到3.31 Nm /kg biomass，最高氫產(chǎn)率達(dá)到130.28氫氣/kg biomass，最高氣化效率已經(jīng)達(dá)到了85％的預(yù)期目標(biāo)。

通過催化劑的研制，已實現(xiàn)焦油裂解率大于80％。為實現(xiàn)生物質(zhì)富氧氣化，降低生物質(zhì)燃?xì)庵械牡獨夂?，還成功研制了集生物質(zhì)氣化、焦油催化裂解和余熱利用于一體的新型下吸式氣化爐，使生物質(zhì)燃?xì)赓|(zhì)量得到較大提升。在生物質(zhì)合成液體燃料方面，已打通了氣化、焦油催化裂解、合成氣重整和增壓合成甲醇、二甲醚燃料等過程一體化的工藝流程，并研制出超穩(wěn)固熔體生物質(zhì)合成氣重整催化劑，連續(xù)300小時重整測試未檢測到積碳。還建立了生物質(zhì)處理量為10公斤/小時的合成氣造氣與凈化系統(tǒng)，并解決了合成氣連續(xù)長時間脫硫、脫氯和脫氧問題，實現(xiàn)了常壓生物質(zhì)氣化過程與高壓二甲醚合成過程的銜接，達(dá)到預(yù)期的合成燃料工藝目標(biāo)。

項目負(fù)責(zé)：中國科學(xué)院廣州能源研究所。

意義：建成固定床甲醇、二甲醚合成系統(tǒng)、漿態(tài)床二甲醚合成系統(tǒng)，實現(xiàn)生物質(zhì)合成氣合成二甲醚的一氧化碳單程轉(zhuǎn)化率達(dá)到80％以上，二甲醚空時產(chǎn)率達(dá)1.5 t/m /h以上，二甲醚選擇性達(dá)到90%以上。實現(xiàn)了通過引入甲烷來調(diào)變生物質(zhì)合成氣化學(xué)當(dāng)量比的工藝，解決了生物質(zhì)合成氣缺氫、富二氧化碳的缺陷，避免了過量二氧化碳的分離，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有用合成氣的碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%以上。

項目名稱： 高效多物質(zhì)

環(huán)保型煤氣發(fā)生爐

項目簡介：該產(chǎn)品采用電子脈沖技術(shù)，無風(fēng)壓灶芯、高效離心干濕多級凈化防塵除焦系統(tǒng)，無煙、無塵，自然風(fēng)配比科學(xué)；該產(chǎn)品在熱交換方面，在氣化和熱能源轉(zhuǎn)換的過程中(采暖)進(jìn)行二次燃燒，通過熱交換器吸收煤氣的余熱進(jìn)入發(fā)生爐通道，進(jìn)行二次加熱交換，并通過補氧化裝置，集中進(jìn)入爐膛內(nèi)補氧。

項目負(fù)責(zé)： 鄭州金土地能源科技有限公司。

意義：該項目順應(yīng)世界清潔燃料發(fā)展方向，高效多物質(zhì)環(huán)保型煤氣發(fā)生爐的使用，極大程度的降低了用戶生活成本，是一種新型、節(jié)能、環(huán)保，高效產(chǎn)品，避免了能源浪費，保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

項目名稱： 50kW生物質(zhì)

氣化發(fā)電機(jī)組

項目簡介：采用下吸式生物質(zhì)氣化爐將生物質(zhì)氣化轉(zhuǎn)化為燃?xì)?，在?jīng)過必要的清洗和凈化處理，提高燃?xì)赓|(zhì)量，通過儲氣柜和管網(wǎng)送至用戶家中和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組進(jìn)行炊事和發(fā)電之用，實現(xiàn)氣電聯(lián)產(chǎn)。

該項目設(shè)計了下吸式生物質(zhì)氣化爐喉部尺寸和結(jié)構(gòu)，合理選擇了生物質(zhì)氣化的當(dāng)量比，提高了反應(yīng)區(qū)的溫度及其均勻性，使產(chǎn)出氣中絕大部分焦油在穩(wěn)定的高溫炭層發(fā)生二次裂解反應(yīng)，在相當(dāng)程度上減少了生物質(zhì)氣化爐產(chǎn)出氣中的焦油含量并提高氣化爐對原料的適應(yīng)性；選擇價格低廉且資源廣泛的石灰石作為催化劑應(yīng)用于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的實際運行過程中，進(jìn)一步減少了產(chǎn)出氣中的焦油含量；對生物質(zhì)氣化產(chǎn)出氣凈化設(shè)備進(jìn)行了合理設(shè)計及優(yōu)化組合，無二次污染；通過生物質(zhì)氣化機(jī)組與燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的合理匹配，提高了系統(tǒng)的整體效率；掌握了固定床生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方法，達(dá)到了應(yīng)用推廣的要求；實現(xiàn)以我國豐富的秸稈等生物質(zhì)廢棄物為原料、以農(nóng)村和小型企業(yè)為服務(wù)對象的小型能源系統(tǒng)并且形成適合我國國情、具有特色的生物質(zhì)能源的技術(shù)路線。

項目負(fù)責(zé)： 遼寧省能源研究所。

意義：以糧谷加工企業(yè)或木材加工企業(yè)為單位，利用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)廢棄物或木材加工邊角料為原料的小型生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，具有投資少、見效快并且易于操作和管理等特點，在未來一段時間內(nèi)，將具有一定的優(yōu)越性。

項目名稱：利用藻類熱解制備

生物質(zhì)液體燃料

項目簡介：該課題研究獲得了高脂肪含量的異養(yǎng)小球藻細(xì)胞，使其脂類化合物含量增加了4倍多，達(dá)細(xì)胞干重的55%。利用這些高脂肪含量的異養(yǎng)藻快速熱解獲得高產(chǎn)量的生物油，獲得了57.9%（藻干重）的產(chǎn)油率，是自養(yǎng)藻細(xì)胞產(chǎn)油率（16.6%）的3.4倍。利用異養(yǎng)轉(zhuǎn)化獲得的高脂肪含量的異養(yǎng)藻細(xì)胞進(jìn)行快速熱解不僅獲得高產(chǎn)量，而且獲得了高品質(zhì)的生物油。異養(yǎng)藻細(xì)胞的生物油熱值高達(dá)41 MJ kg-1，分別是木材生物油和自養(yǎng)藻生物油的2倍和1.4倍。與木材或農(nóng)作物秸稈生物油和自養(yǎng)藻生物油相比，異養(yǎng)藻細(xì)胞的生物油具高熱值（41 MJ kg-1）、低密度（0.92 kg l-1）、低粘度（0.02 Pa s）的特點。這些特征與化石燃油相當(dāng)，其應(yīng)用價值更高。另外，與高等植物相比，藻類具有生長繁殖快、生長周期短、光合作用效率高、不占用耕地、可大規(guī)模自動化控制培養(yǎng)（生產(chǎn)）等優(yōu)勢；另外藻類細(xì)胞內(nèi)的脂肪和蛋白質(zhì)含量高于高等植物，其裂解油產(chǎn)率和質(zhì)量將大大高于一般的高等植物，如木材和農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源，因此研究成果的應(yīng)用前景好。

項目負(fù)責(zé)： 清華大學(xué)。

意義：藻類制備可再生能源的研究，主要應(yīng)用能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生命科學(xué)等交叉學(xué)科的理論和技術(shù)，以藻類為原料，通過細(xì)胞工程和生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等技術(shù)，產(chǎn)生生物油和烴類等可再生生物能源，為開發(fā)新能源提供新的生物技術(shù)途徑。用異養(yǎng)轉(zhuǎn)化技術(shù)和基因改造技術(shù)獲得高脂肪含量的藻細(xì)胞來熱解制備液體燃料，實現(xiàn)異養(yǎng)轉(zhuǎn)化技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、基因改造技術(shù)與熱解技術(shù)的整合集成，獲得原創(chuàng)性、新穎性的研究成果；同時為后繼能源的開發(fā)應(yīng)用提供技術(shù)儲備；并且通過最前沿的生物技術(shù)與能源技術(shù)相互結(jié)合、交叉與滲透，推動學(xué)科發(fā)展。