生物質(zhì)能在我國農(nóng)村的發(fā)展和應(yīng)用研究

【摘 要】我國農(nóng)村生物質(zhì)資源豐富，土地遼闊，如何利用廉價的生物質(zhì)資源，因地制宜地依靠現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，用清潔能源部分地替代化石能源或緩解化石能源在利用中的不足，減少農(nóng)村因露地直接燃燒秸稈、禽類糞便對環(huán)境造成的污染，研究適合農(nóng)村發(fā)展和利用的生物質(zhì)能，使農(nóng)民因廢物利用而獲利，并由此獲得一項(xiàng)新興的產(chǎn)業(yè)而長期經(jīng)營下去，是這篇文章重點(diǎn)討論的問題。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)能；農(nóng)村；發(fā)展

一、我國農(nóng)村現(xiàn)有生物質(zhì)能源利用的現(xiàn)狀

我國耕地面積為18.37億畝，鹽堿地約14.87億畝。農(nóng)民是土地真正意義上的主人和耕種者，多年來我國農(nóng)村多實(shí)行自由式耕種方法，種什么，種多少，都取決于農(nóng)民。對于耕種非糧生物質(zhì)能源的原材料如：蓖麻、甜高粱、木薯、麻瘋樹、棕櫚、蘇子等，缺乏統(tǒng)籌安排，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化格局還沒有形成，一部分未耕土地還沒有得到合理的利用，在農(nóng)村發(fā)展生物質(zhì)能有很大的潛力；多年來我國政府大力倡導(dǎo)在滿足城鎮(zhèn)居民口糧的基礎(chǔ)上，挖掘閑散地，規(guī)?；N植非糧生物質(zhì)可燃原料，針對農(nóng)村具體情況，合理安排土地資源，走可持續(xù)發(fā)展的高效、低碳、環(huán)保之路，經(jīng)過努力目前已經(jīng)初見成效；我國從南到北建立了很多非糧生物質(zhì)燃料的原材料生產(chǎn)示范基地，加快了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的進(jìn)度；我國農(nóng)村傳統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換形式是直接燃燒秸稈類農(nóng)作物，用于取暖、燒飯，這種極為落后的高污染、低熱量的能源利用方式，造成資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。目前適合我國農(nóng)村生物質(zhì)能發(fā)展的非糧物質(zhì)有很多，按照生物質(zhì)的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)化方式可分為固體燃料、液體燃料、氣體燃料三種。

二、固體生物質(zhì)燃料

固體生物質(zhì)燃料是指農(nóng)作物秸稈、薪柴、喬木、谷殼等可燃性物質(zhì)。我國農(nóng)作物僅秸稈一項(xiàng)年產(chǎn)量就可達(dá)到7億噸，稻殼、蔗渣等農(nóng)業(yè)加工殘余物0.84億噸，薪柴及林業(yè)加工廢料1.58億噸。在可開發(fā)的生物質(zhì)資源中，能源作物的種植和開發(fā)潛力很大，農(nóng)作物秸稈有40％作為飼料、肥料和工業(yè)原料，尚有60％可用于能源開發(fā)利用，約相當(dāng)2.1億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤；薪柴也是重要生物質(zhì)資源，有40％林業(yè)剩余物可以利用，約相當(dāng)0．3億噸的標(biāo)準(zhǔn)煤；大量的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的剩余物、廢棄物，蘊(yùn)藏著巨大的生物質(zhì)能源，為生物質(zhì)能的利用開辟了一條重要途徑。

目前我們采取一種新技術(shù)，將秸稈、稻殼去濕、去雜土，在一定溫度和壓力下壓縮成塊狀、棒狀、顆粒狀等成型燃料。提高了其運(yùn)輸和儲存能力，改善秸稈燃燒性能，提高利用效益。在我國農(nóng)村，對生物質(zhì)資源比較集中的地區(qū)，可以就地取材，減少成本。利用小型生物質(zhì)發(fā)電設(shè)施，通過燃燒秸稈和灌木屑發(fā)電，既可做到廢物利用，又可以降低發(fā)電過程對環(huán)境的污染。另外，現(xiàn)有農(nóng)村電廠利用木材屑和農(nóng)作物的殘余物與煤的混合燃燒是比較現(xiàn)實(shí)的一項(xiàng)技術(shù)，這樣提高了農(nóng)林廢棄物的利用率，也降低了純?nèi)济簩Υ髿獾奈廴?，緩解人們對化石能源的依賴。我國在秸稈固體成型的生產(chǎn)和應(yīng)用方面已經(jīng)初步形成了一定的規(guī)模，主要以鋸末和秸稈、稻殼、灌木為原料，滿足農(nóng)村居民的生活用能、農(nóng)機(jī)具用能和發(fā)電用能等。近些年來國家出臺一系列政策，采取綜合性補(bǔ)助的方式，支持從事秸稈成型燃料的農(nóng)村加工企業(yè)，尤其鼓勵農(nóng)村小型生物質(zhì)電廠的建設(shè)。目前開展的一般生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電，這項(xiàng)技術(shù)相對較為簡單很容易掌握，適合在農(nóng)村發(fā)展。我國技術(shù)人員開發(fā)出適合村鎮(zhèn)使用的小型生物質(zhì)發(fā)電設(shè)備，利用稻殼、秸稈作原料，因地制宜地走適合村鎮(zhèn)發(fā)展電力（village power plant）的道路，在農(nóng)村節(jié)能減排中做出了貢獻(xiàn)。

三、液體生物質(zhì)燃料

生物液體燃料是指生物乙醇、生物柴油，它作為化石能源石油的替代品，是液體燃料中理想的選擇。液體生物燃料來源于可再生能源，溫室氣體凈排放幾乎是零，是理想的朝陽產(chǎn)業(yè)。我們研制的以玉米、甘蔗、甜菜、豆類、食用油為第一代生物燃料原料的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)被淘汰。以秸稈類、谷殼類、甘薯、蓖麻等為原料的非糧生物燃料生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)形成，而這類原料取于農(nóng)村、用于農(nóng)村，成本低廉，可以形成規(guī)模化生產(chǎn)。產(chǎn)品如有剩余還可以作為商品燃油的形式賣給城市居民，增加農(nóng)民收入。以秸稈、谷殼、麻瘋樹、甘薯、蘇子、亞麻等農(nóng)業(yè)廢棄物、非糧植物為原料的第二代生物燃料被公認(rèn)為具有巨大的替代石油的潛力，據(jù)有廣闊的市場發(fā)展前景。

我國農(nóng)村因地制宜發(fā)展生物質(zhì)能源經(jīng)濟(jì)。目前開發(fā)的非糧農(nóng)作物中，甜高粱是首選之一，我國北方各省已經(jīng)種植439萬公頃。甜高粱耐旱、耐鹽堿，是高能作物，每畝甜高粱能收獲糧食0.3噸，富含糖份的莖稈5噸，秸稈榨糖460～660斤，秸稈粉渣還可以造紙，是高產(chǎn)、多用的農(nóng)作物。我國北方18個省份約5億畝鹽堿地適合種植甜高粱，具有生產(chǎn)2000萬噸甜高粱燃料乙醇的潛力。目前用甜高粱制造乙醇，多采用固體發(fā)酵法，即把高粱秸稈粉碎，僅用40小時即可發(fā)酵成乙醇，我國農(nóng)村實(shí)現(xiàn)甜高粱燃料乙醇的商業(yè)化生產(chǎn)指日可待；福建大面積種植的油料植物山蒼子、油莎草、油茶油桐、烏桕等，是生物質(zhì)燃料的重要供給地。這些作物都朝著矮、密、豐、早、無公害栽培的方向發(fā)展；湖北省將在十一五末建成木本油料基地200萬畝，種植油茶、油桐等示范園；海南的油橄欖、油椰子示范園也已建成，僅椰子一項(xiàng)就種植68.6萬畝，年產(chǎn)椰子2.26億個，占全國椰子產(chǎn)量99％；廣西是我國木薯生產(chǎn)的第一大省，每年木薯產(chǎn)量為800萬噸，種植面積400多萬畝，種植面積和產(chǎn)量均占全國60％以上。廣西有旱地、坡地3000萬畝適合種植木薯，相當(dāng)于生產(chǎn)燃料乙醇541萬噸。北方各省農(nóng)村種植的甜菜、菊芋、甘蔗、薯類等糖科、淀粉類作物也是我國農(nóng)村生產(chǎn)燃料乙醇的原料，同樣有廣闊的發(fā)展前景。

我國目前正在研制并陸續(xù)投入生產(chǎn)的木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)，是世界上唯一可預(yù)測的能為人類提供物質(zhì)和燃料的可持續(xù)資源。我國每年的農(nóng)林廢棄物約15億噸，如果按照四噸產(chǎn)一噸乙醇的計(jì)算方法，我國農(nóng)村具有生產(chǎn)3.75億噸乙醇的資源潛力。正在開發(fā)的還有高能量密度的丁醇生物燃料，這是農(nóng)村發(fā)展生物質(zhì)能的又一個新的亮點(diǎn)。生物丁醇是擁有四個碳原子的高能燃料，主要以甘蔗、甜菜、木薯及速生能源植物纖維素做生產(chǎn)原料的。生產(chǎn)工藝與乙醇相似，是重要的化工原料，用途極為廣泛。另外，生物柴油是除燃料乙醇、丁醇之外的另一種液體生物燃料，它的原料來自動物的脂肪、餐飲業(yè)廢油、農(nóng)作物、植物等。為生產(chǎn)生物柴油，我國農(nóng)村在不與糧油爭地，不影響食用油供給的前提下，大面積栽培喬本油料、木本油料作物，如北方種植的棉籽、亞麻、胡麻、油菜籽，南方種植的油葉子、棕櫚樹、麻瘋樹等。生物柴油的生產(chǎn)目前已經(jīng)規(guī)?；捎谛枰罅康脑瞎┙o，這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)也給很多農(nóng)民帶來了新的產(chǎn)業(yè)和收益機(jī)會。

四、氣體生物燃料

氣體生物燃料包括沼氣、生物質(zhì)氣化、生物質(zhì)制氫等技術(shù)。我國農(nóng)村普遍使用沼氣這種燃料作為能量轉(zhuǎn)換的方式。沼氣能是作物秸稈、雜草、人畜糞便、垃圾、污泥、廢水在厭氧條件下，通過各類微生物的代謝，最終產(chǎn)生的以甲烷為主要成分的氣體，沼氣得到合理的使用是農(nóng)村綠色能源革命的象征。我國農(nóng)村沼氣開發(fā)歷史悠久，目前利用沼氣的高端技術(shù)水平表現(xiàn)在給農(nóng)機(jī)具充當(dāng)燃料。如用化學(xué)手段凈化沼氣得到高濃度的甲烷，凈化后的甲烷再經(jīng)過壓縮得到車用甲烷，供甲烷汽車、拖拉機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等農(nóng)機(jī)具用油，與化石燃料相比，甲烷燃料可減少90％的二氧化碳排放量。是我國農(nóng)村大力推廣的能源利用形式。生物質(zhì)能生產(chǎn)過程簡單、對設(shè)備要求不高，方便農(nóng)民掌握。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)村生物質(zhì)能氣化朝著合成氣的方向發(fā)展，對新能源的利用會更加經(jīng)濟(jì)合理。秸稈氣化是農(nóng)村能源供應(yīng)的新方向。將農(nóng)作物秸稈分解氣化，制成可燃?xì)怏w用管道送到農(nóng)戶供炊事和取暖使用，是一種運(yùn)輸方便、操作簡單、沒有市場壓力、不造成二次污染的好辦法。利用秸稈氣化集中供氣的好處：一是可以有效地替代燃煤、燃油的使用，減少石化能源的消耗，符合我國的能源發(fā)展戰(zhàn)略；二是可有效避免秸稈隨地焚燒對空氣的污染，有利于環(huán)保；三是有利于提高農(nóng)民收入水平，平時丟棄或焚燒的秸稈成為商品能源，給農(nóng)民帶來直接收益。秸稈氣化工程不但利用了大量廢棄的秸稈資源，而且滿足了農(nóng)村居民生活對優(yōu)質(zhì)能源的需求，是農(nóng)村能源供應(yīng)的一種新趨勢和秸稈資源利用的新方向。此外還有一種優(yōu)質(zhì)氣體能源就是氫。氫是一種可再生、高熱值的清潔能源。它在燃燒時只產(chǎn)生水，不產(chǎn)生有害氣體，對環(huán)境沒有污染。人們試圖通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化提取氫，但因氫在提取過程中不論是水電離法還是水煤氣轉(zhuǎn)化法，都需要消耗大量能源，造成氫氣成本較高、技術(shù)要求也較高，而且氫氣在生產(chǎn)利用過程中存在安全隱患，氫氣的泄漏會破壞臭氧、對大氣造成污染等。氫氣的利用目前在農(nóng)村還沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。但氫氣的制造和利用是一個綠色產(chǎn)業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，或許在未來的農(nóng)村能夠得到合理的利用。

五、我國農(nóng)村生物質(zhì)能發(fā)展前景

生物能是可再生利用的綠色能源，我們把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電力、氣體燃料、液體燃料、固型燃料等，從根本上解決了農(nóng)村燃料能源不足和對化石能源的依賴，改變了能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。我國人多地少，人均約1.5畝，發(fā)展生物質(zhì)能源必須避免與農(nóng)林作物生產(chǎn)爭地問題，開發(fā)能夠在貧瘠地、鹽堿地、荒地上生長的生物質(zhì)資源和休耕期農(nóng)田合理套種。改變廣大農(nóng)民長期以來的靠直接燃燒薪柴獲得能量的生活方式。在農(nóng)村大力倡導(dǎo)清潔能源的使用，改善農(nóng)村居民生活水平，滿足農(nóng)村發(fā)展用能的需要。我國農(nóng)村發(fā)展生物質(zhì)能，應(yīng)根據(jù)生物質(zhì)資源的稟賦和自然分布情況，因地制宜地發(fā)展各類生物質(zhì)能的生產(chǎn)與利用，確保原料的供給和分布的經(jīng)濟(jì)性。在這方面，各省都有自己的特色生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)。相對于傳統(tǒng)的煤炭、石油等能源，生物質(zhì)能是清潔的“綠色能源”。生物質(zhì)能還是一種可再生的能源，在農(nóng)村開發(fā)和使用生物質(zhì)能，符合中國的國情，也符合可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念。生物質(zhì)能的可再生和循環(huán)利用的特征，使能源農(nóng)業(yè)具有重要環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展意義。

目前我國農(nóng)村的生物質(zhì)可再生能源的生產(chǎn)和利用，也還存在一些不足。生物質(zhì)節(jié)能產(chǎn)品有很多，缺乏國家級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量監(jiān)督系統(tǒng)，產(chǎn)品規(guī)?；陌l(fā)展與產(chǎn)品品質(zhì)不相匹配，在農(nóng)村加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)體系、在加快人才培養(yǎng)、設(shè)立生物質(zhì)能開發(fā)風(fēng)險基金等方面還比較滯后。另外，由于植物的生長特點(diǎn)，導(dǎo)致農(nóng)村生物質(zhì)能的開采有間歇性和不連續(xù)性，加上存儲成本較高，這些因素可能會導(dǎo)致某些可再生能源在成本上高于化石能源。對于購買和使用成本較高的節(jié)能產(chǎn)品的企業(yè)，國家應(yīng)給與鼓勵，并在稅收、價格優(yōu)惠、投資補(bǔ)貼上給與政策性傾斜。

從長遠(yuǎn)來看，能源農(nóng)業(yè)、能源林業(yè)是未來我國農(nóng)村發(fā)展生物質(zhì)能源的基礎(chǔ)。這些能源植物通常包括速生薪炭林、能榨油或能產(chǎn)油的植物、可供厭氧發(fā)酵的藻類和其他植物等。我國政府有意識地引導(dǎo)農(nóng)民，合理使用有限的土地資源，因地制宜地發(fā)展生物質(zhì)能源原料的生產(chǎn)，以科學(xué)的方法鼓勵農(nóng)民種植高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)的能源植物，并形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，對提高農(nóng)民收入，改變農(nóng)民多年來閑散種植習(xí)慣、保障農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]嚴(yán)陸光．中國能源可持續(xù)發(fā)展若干重大問題研究[M]．北京：科學(xué)出版社，2007

[2]穆獻(xiàn)中．新能源和可再生能源發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化研究[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2009

[3]中國科學(xué)院能源戰(zhàn)略研究組．中國能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略專題研究[M]．北京：科學(xué)出版社，2006