生物質(zhì)能源綜述

林惠娜

（福建師范大學(xué)，福建 福州350100）

1 生物質(zhì)能源的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)能發(fā)展主要集中在尋找生物質(zhì)資源、研發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)、探討生物質(zhì)能的生態(tài)環(huán)境效益3 個(gè)方面，生物能技術(shù)主要應(yīng)用于生物乙醇燃料、生物質(zhì)氣體燃料、生物制氫、生物柴油四方面。

1.1 生物乙醇燃料

生物乙醇研究的重點(diǎn)主要集中于能源轉(zhuǎn)化效率和溫室氣體排放兩個(gè)方面。 以秸稈為原料生產(chǎn)燃料酒精的工藝中存在若干亟待解決的技術(shù)難題, 纖維素酶的生產(chǎn)是其中難點(diǎn)之一。 目前提倡固體發(fā)醇,但固體發(fā)酵不可能像液體發(fā)酵那樣隨著規(guī)模的擴(kuò)大而大幅度下降成本。 故從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看, 應(yīng)選用液體發(fā)酵技術(shù)[1]。

1.2 生物質(zhì)氣體燃料

生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，通過(guò)氣化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為使用方便而且清潔的可燃?xì)怏w，用作燃料或生產(chǎn)動(dòng)力。

德國(guó)沼氣工程普遍采用產(chǎn)氣率高專用的青貯玉米作為主要發(fā)酵原料，產(chǎn)氣率是雞糞的2.5 倍，豬糞的3.4 倍，牛糞4.5 倍。[2]

我國(guó)生物燃料可持續(xù)發(fā)展的外部機(jī)遇較好，內(nèi)部因素中環(huán)保指標(biāo)及可再生性優(yōu)勢(shì)明顯，所以要依靠?jī)?nèi)部?jī)?yōu)勢(shì)抓住外部發(fā)展機(jī)遇在最優(yōu)SWOT 戰(zhàn)略組合選擇上，應(yīng)側(cè)重SO 戰(zhàn)略( 即增長(zhǎng)型戰(zhàn)略)，同時(shí)兼顧ST 戰(zhàn)略( 即特色經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略)，突出生物燃料的特色，努力打造我國(guó)生物燃料種植生產(chǎn)和銷售的產(chǎn)業(yè)集群。

1.3 生物制氫

生物制氫過(guò)程可以在常溫常壓下進(jìn)行, 且不需要消耗很多能量。生物制氫過(guò)程不僅對(duì)環(huán)境友好, 而且開辟了一條利用可再生資源的新道路。 此外, 生物制氫過(guò)程可以和廢物回收利用過(guò)程耦合。

生物制氫過(guò)程可以分為5 類:

1）利用藻類或者青藍(lán)菌的生物光解水法;

2）有機(jī)化合物的光合細(xì)菌( P SB ) 光分解法;

3）有機(jī)化合物的發(fā)酵制氫;

4）光合細(xì)菌和發(fā)酵細(xì)菌的耦合法;

5）酶法制氫。[3]

1.4 生物柴油

所謂生物柴油，是指利用各類動(dòng)植物油脂為原料，與甲醇或乙醇等醇類物質(zhì)經(jīng)過(guò)交脂化反應(yīng)改性，使其最終變成可供內(nèi)燃機(jī)使用的一種燃料。 生物柴油來(lái)自于植物油( 玉米、棉籽、海甘藍(lán)、花生、油菜籽、大豆、向日葵) 或動(dòng)物脂肪。

生物柴油的主要優(yōu)點(diǎn)在于其環(huán)境友好性, 大氣污染小, 尤其是硫含量低, 是一種優(yōu)良的清潔可再生燃料。

生物柴油的制造方法有以下4 種：

（1）直接使用和混合;（2）微乳法;（3）熱解;（4）酯交換。[4]

生物柴油的生產(chǎn)在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟, 主要生產(chǎn)工藝分為化學(xué)法、生物酶法和超臨界法化。 生物柴油生產(chǎn)的主要問(wèn)題是成本高, 制備成本的75 % 是原料成本。 降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵, 目前仍處于試驗(yàn)研究及小規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用階段。

1.5 其他典型技術(shù)的例子

奶牛-沼氣-牧草0 循環(huán)型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式, 即: 奶牛場(chǎng)排出的糞水經(jīng)沼氣池發(fā)酵, 產(chǎn)生的沼氣用于牧場(chǎng)鍋爐燃燒, 沼液、 沼渣用于澆灌狼尾草草地, 收獲的牧草為奶牛提供青飼料。 以期通過(guò)該循環(huán)利用模式, 增強(qiáng)系統(tǒng)的自凈化能力, 實(shí)現(xiàn)資源的高效、 持續(xù)利用[5]。

DPSIR 模型是由歐洲環(huán)境局( EEA) 提出的，內(nèi)容涵蓋資源 環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域，可以較為準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)的復(fù)雜性和相互之間的因果關(guān)系， 廣泛用于資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià) 城市化與資源環(huán)境相互關(guān)系分析水資源承載力評(píng)價(jià)等研究中，其科學(xué)性、應(yīng)用性已得到學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)可[6]。

在能值理論的這一特點(diǎn)，Brown 和Ulgiati 提出了能值可持續(xù)指標(biāo)ESI，將其定義為系統(tǒng)能值產(chǎn)出率與環(huán)境負(fù)載率之比[7]。

生物質(zhì)直燃發(fā)電作為CDM 項(xiàng)目， 引入發(fā)達(dá)國(guó)家資金和關(guān)鍵技術(shù)，不僅可有效增大系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率，降低環(huán)境負(fù)荷，使生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，還能使系統(tǒng)能值可持續(xù)指標(biāo)提高，使之富有活力和發(fā)展?jié)摿?，可維持較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展[8]。

2 面向未來(lái)的生物能源開發(fā)戰(zhàn)略

2.1 可持續(xù)發(fā)展

實(shí)行清潔生產(chǎn), 實(shí)現(xiàn)綜合利用、循環(huán)利用、盡量減少排放和能耗;將能源開發(fā)與廢物處理結(jié)合起來(lái), 在整體、協(xié)調(diào)、再生、循環(huán)的前提下合理建設(shè)以生物能源為紐帶的生態(tài)產(chǎn)業(yè)園, 如沼氣工程。

2.2 因地制宜

開發(fā)生物能源一定要因地制宜, 不可盲目上馬。 除了上述的3 種有前景的生物能源產(chǎn)品, 沼氣、生物質(zhì)氣化技 術(shù)等都值得好好推廣應(yīng)用。

2.3 前瞻性

開發(fā)中國(guó)的生物能源需要做到以下的政策和軟件支持：（1） 加大宣傳。有必要通過(guò)輿論宣傳加強(qiáng)人們對(duì)生物能源的認(rèn)識(shí)。（2）加大政府投資和扶持。在新的生物能源初始商業(yè)化階段要進(jìn)行減免稅等優(yōu)惠政策。（3）借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn), 充分調(diào)動(dòng)地方和工業(yè)界的積極性。（4）加強(qiáng)高校對(duì)于生物能源的教育及研究。[9]

2.4 以生物質(zhì)能高效利用為核心構(gòu)建農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)

（1）對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)能開發(fā)利用應(yīng)充分考慮資源的有限性和利用方式的平衡。

（2）堅(jiān)持以沼氣為主以太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源綜合利用系統(tǒng)構(gòu)建能滿足農(nóng)村基本用能需求的供應(yīng)體系。

（3）高度關(guān)注農(nóng)村能源加大政策扶持力度。

（4）創(chuàng)新機(jī)制推動(dòng)農(nóng)村新能源市場(chǎng)發(fā)展。

（5）創(chuàng)建示范工程為生物質(zhì)資源有效利用不斷探索新的途徑。[10]

3 結(jié)語(yǔ)

開發(fā)利用生物質(zhì)能, 既是我國(guó)緩解能源供需矛盾的戰(zhàn)略措施, 保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。隨著國(guó)際原油價(jià)格的持續(xù)攀升和資源的日漸趨緊, 石油供給壓力增大, 生物能源產(chǎn)業(yè)、 生物質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保意義日漸顯現(xiàn), 生物質(zhì)能源在不遠(yuǎn)的將來(lái)一定會(huì)得到大力推廣。

［1］王建楠，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹士峰.我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，1.

［2］劉瑾，鄔建國(guó).生物燃料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，4，28（4）.

［3-4］.王建楠，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹士峰.我國(guó)生物質(zhì)氣化技術(shù)概況與發(fā)展[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010，1（1）.

［5］奶牛-沼氣-牧草，循環(huán)型農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2 010,26(2):120-125.

［6］孫劍萍，湯兆平.基于DPSIR 模型的生物燃料-可持續(xù)發(fā)展量化評(píng)價(jià)研究：以江西省為例[J].科技管理研究，2013（4）.

［7］楊謹(jǐn)，陳彬，劉耕源.基于能值的沼氣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)-可持續(xù)發(fā)展水平綜合評(píng)價(jià)（以恭城縣為例）[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，7，32（13）.

［8］羅玉和，丁力行.生物質(zhì)直燃發(fā)電CDM 項(xiàng)目可持續(xù)性的能值評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，12.

［9］楊艷，盧滇楠，李春.曹竹安.面向21 世紀(jì)的生物能源[J].化工進(jìn)展，2002，21（5）.

［10］王宇波.生物質(zhì)能利用方式對(duì)發(fā)展農(nóng)村循環(huán)經(jīng)濟(jì)的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，12，47（12）.