云南省生物質(zhì)能利用形式及應(yīng)用前景

菅之輿++崔亞偉

摘 要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益加劇，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始加強(qiáng)對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，并取得顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)利用是發(fā)展新型能源的重要選擇，它的開(kāi)發(fā)利用有利于恢復(fù)生態(tài)和治理環(huán)境。論文介紹了生物質(zhì)的基本概念，分析了云南省生物質(zhì)資源種類(lèi)及數(shù)量，對(duì)云南省生物質(zhì)能的運(yùn)用前景做出展望，并且提出了3種適合云南省發(fā)展的生物質(zhì)能利用的模式。除此之外，還通過(guò)從多種角度討論和分析各個(gè)模式的利弊，并且進(jìn)一步提出了解決各種模式弊端的策略。

關(guān)鍵字： 生物質(zhì)；生物柴油；燃料乙醇；生物質(zhì)發(fā)電

中圖分類(lèi)號(hào)： Q946.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20151232008

前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)離不開(kāi)能源的支持，但是由于傳統(tǒng)化石能源過(guò)量的開(kāi)采使用也同樣造成了嚴(yán)重的污染問(wèn)題。能源與環(huán)境相互制約，而如果兩者能合理調(diào)配，一些新能源就會(huì)減輕環(huán)境污染甚至有利于環(huán)境質(zhì)量的提升。由于傳統(tǒng)化石能源的資源有限性和污染性，如何使我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)更加合理，更具有可持續(xù)性，已經(jīng)成為我國(guó)亟待解決的問(wèn)題之一。

根據(jù)云南省政府公布的《云南礦產(chǎn)資源對(duì)2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)保證程度論證報(bào)告》可知，除原煤2020年規(guī)劃為7182萬(wàn)t，保證年限大于100a外，省內(nèi)其他能源品種均無(wú)法滿足全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在當(dāng)下能源需求的現(xiàn)狀下，一些能源的短缺以及能源結(jié)構(gòu)的不合理，不僅制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。因此，開(kāi)發(fā)利用生物質(zhì)能源對(duì)云南省優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展、減少環(huán)境污染和溫室氣體的排放具有重要意義。

生物質(zhì)指利用陽(yáng)光、土壤、水、二氧化碳等外部資源、條件通過(guò)光合作用所產(chǎn)生的可再生或可循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括所有的動(dòng)物、植物和微生物，以及由這些生命體所派生、排泄和代謝出來(lái)的各種有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)[2]。

云南省有著豐富的自然資源，幾乎囊括了我國(guó)從熱帶、亞熱帶到寒帶的大部分植物種類(lèi)。云南有農(nóng)田458.85 萬(wàn) km2，占云南土地面積的11.6%[3]。可長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源。云南省擁有豐富的林業(yè)資源，現(xiàn)有林地面積2212.87萬(wàn)km2。大約每年可采集木質(zhì)燃料資源500萬(wàn)t?？砷L(zhǎng)期為云南省提供大量秸稈、木材、渣滓以及其他林業(yè)生物質(zhì)。云南省不僅生物質(zhì)資源總量豐富，還有著獨(dú)特的生物質(zhì)能種類(lèi)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)《全國(guó)林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》可知，云南省目前有油桐39683 km2，每年果實(shí)產(chǎn)量約為1.2～4.0億kg；小桐子4836 km2，每年果實(shí)產(chǎn)量約為1400～2000萬(wàn)kg [4]。

1 生物柴油

1.1 生物柴油的特征

生物柴油是從動(dòng)植物油脂提煉出來(lái)的，它是一種長(zhǎng)鏈脂肪酸的單烷基酯。生物柴油十六烷值高，潤(rùn)滑性能好，并且不含芳烴和硫。這些長(zhǎng)鏈脂肪酸單烷基酯可生物降解，具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能和溶解性，閃點(diǎn)高，無(wú)毒，揮發(fā)性有機(jī)物含量低，也是制造可生物降解的具有高附加值的精細(xì)化工產(chǎn)品原料 [5]。

目前生產(chǎn)生物柴油最普遍的方法是酯交換法，也就是短鏈醇和油脂在催化劑作用下形成長(zhǎng)鏈脂肪酸單酯。最常用的短鏈醇是甲醇，因?yàn)槠涑杀镜汀⑿б娓?。但隨著生物基乙醇的發(fā)展，將會(huì)取代了甲醇用來(lái)生產(chǎn)生物柴油，成為完全可再生的綠色產(chǎn)品。一些其他短鏈醇，如正丁醇、異丁醇等也有研究，但沒(méi)有成型的產(chǎn)業(yè)化技術(shù) [6]。

1.2 生物柴油的前景與方向

1.2.1 生物柴油總成本中的3/4左右是原料成本

美、歐采用低成本的轉(zhuǎn)基因大豆油或油菜籽油為原料，而我們國(guó)家目前只以廢棄油為原料[7]。原料制約了我國(guó)生物柴油產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。盡管我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)麻瘋樹(shù)、油桐等非糧油料植物開(kāi)始了研發(fā)探索，但是不論是培育高油樹(shù)種，還是種植技術(shù)或政策扶持都還處于初級(jí)階段。而現(xiàn)在出現(xiàn)的微藻技術(shù)，含油量高、生長(zhǎng)周期短、培育成本低、油脂的單位面積產(chǎn)率高、不占用土地。采用微藻技術(shù)可以有效的解決原料問(wèn)題。

1.2.2 我國(guó)主要以地溝油為生產(chǎn)原料

酸催化的酯化率和堿催化的轉(zhuǎn)酯率均需提高，并需避免皂化現(xiàn)象發(fā)生，而且產(chǎn)品往往需要脫色。固體酸堿催化劑可以循環(huán)使用，減少污染，并且提高了生產(chǎn)安全，減少了設(shè)備的腐蝕。隨著環(huán)保、高效、穩(wěn)定的固體催化劑的研制，連續(xù)生產(chǎn)生物柴油的新工藝必將走向產(chǎn)業(yè)化 [6]。

1.2.3 為生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的政策環(huán)境

中國(guó)的生物柴油產(chǎn)業(yè)主要依靠以餐飲廢油為原料的民營(yíng)企業(yè)，但是餐飲廢油的收集成本高且資源有限。國(guó)家需要落實(shí)已出臺(tái)的政策，建立合理有效地生物質(zhì)能源管理體系，出臺(tái)合理嚴(yán)格的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，允許各類(lèi)生物質(zhì)能源產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。

1.3 生物柴油在云南省的應(yīng)用前景

1.3.1 生物柴油是一種清潔柴油

與普通柴油相比性能相當(dāng)，但具有環(huán)境友好的特點(diǎn)。云南省能源結(jié)構(gòu)不合理，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需求能源日益增多，在云南發(fā)展生物柴油有利于解決能源問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題。

1.3.2 生物柴油的發(fā)展需要大量的原料

例如大豆油、棕櫚油、麻瘋樹(shù)果油等。但是大豆油等糧食油價(jià)格高昂，并且會(huì)危及世界糧食安全。但是云南有獨(dú)特的林業(yè)資源，例如麻瘋樹(shù)資源 [8]。麻瘋樹(shù)果油價(jià)格低、出油比例高。而且云南省有豐富的甘蔗資源，可以效仿巴西生產(chǎn)生物基乙醇用來(lái)生產(chǎn)生物柴油。所以解決了原料成本高的問(wèn)題后，云南省非常適合發(fā)展生物柴油。

1.3.3 云南已被列為國(guó)家生物柴油開(kāi)發(fā)試點(diǎn)省

并且國(guó)家出臺(tái)了《生物能源和生物化工農(nóng)業(yè)原料基地補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，規(guī)定對(duì)林業(yè)原料基地給予3000元/km2補(bǔ)助。有利于從政策上扶植云南省發(fā)展生物柴油。但是還必須盡快落實(shí)政策、落實(shí)補(bǔ)助。省、地方政府也應(yīng)該大力宣傳、發(fā)展生物柴油。

1.3.4 云南大力發(fā)展生物柴油還需要發(fā)展適合自己的產(chǎn)業(yè)技術(shù)

例如研發(fā)非均相固體催化劑，開(kāi)發(fā)高附加值的后續(xù)產(chǎn)品例如潤(rùn)滑油添加劑等。這樣有利于減少成本，提高資源利用效率，使得生物柴油真正能取得環(huán)境效益的同時(shí)取得經(jīng)濟(jì)效益。

2 生物質(zhì)發(fā)電利用模式

2.1 生物質(zhì)發(fā)電的特征

生物質(zhì)發(fā)電即是以生物質(zhì)為燃料發(fā)電。這些用于發(fā)電的生物質(zhì)既有廢木等工業(yè)廢料，又有桔桿等農(nóng)業(yè)廢料，還有堅(jiān)果殼等其它廢料。使用這些燃料，要求發(fā)電設(shè)備具備相應(yīng)的特點(diǎn)，既能對(duì)燃料作前期處理又能適應(yīng)其燃燒狀態(tài)。由于這一技術(shù)在資源和環(huán)境方面的作用，它已經(jīng)在一些國(guó)家作為電力發(fā)展的一個(gè)重要方面而得到重視和利用[9]。

但是目前我國(guó)的生物質(zhì)焚燒發(fā)電所有的技術(shù)和設(shè)備均引進(jìn)國(guó)外，由于國(guó)外產(chǎn)品規(guī)格不同、生產(chǎn)習(xí)慣不同，所引進(jìn)的設(shè)備不能完全適用于我國(guó)。而且雖然生物質(zhì)發(fā)電環(huán)境收益良好，但是由于發(fā)電成本高，電價(jià)補(bǔ)貼額度偏低，其他財(cái)稅政策支持力度較低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益差，缺少企業(yè)投資。

2.2 生物質(zhì)發(fā)電的前景與方向

2.2.1 加大科研投資力度

研發(fā)適合我國(guó)實(shí)際的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和設(shè)備，吸取國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，改革創(chuàng)新研發(fā)自己的設(shè)備。

2.2.2 在前期國(guó)家政策上扶持

通過(guò)減免稅收，財(cái)政補(bǔ)貼，降低運(yùn)輸費(fèi)等方面降低電廠運(yùn)營(yíng)成本。組織規(guī)?；占牧希囵B(yǎng)農(nóng)村秸稈收集代理人，統(tǒng)一運(yùn)輸減少原材料費(fèi)用。在條件許可的地方將生物質(zhì)發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，盡量將廠址選擇在熱負(fù)荷集中點(diǎn)，實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)，提高機(jī)組總熱效率，降低成本[10]。

2.2.3 盡快完善相關(guān)財(cái)稅政策，適當(dāng)提高電價(jià)補(bǔ)貼額度

生物質(zhì)發(fā)電的成本高于火力發(fā)電，以現(xiàn)階段電價(jià)計(jì)算生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)電1°都要虧損2毛左右，在短期內(nèi)需要國(guó)家的財(cái)政支持才能維持[11]。

2.3 生物質(zhì)發(fā)電在云南省的應(yīng)用前景

2.3.1 生物質(zhì)發(fā)電污染程度小于傳統(tǒng)的以煤炭為原料的火力發(fā)電

云南省是農(nóng)業(yè)大省，有著豐富的生物質(zhì)資源，比如大量的秸稈資源以及柴薪林資源，適合大力發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)。

2.3.2 生物質(zhì)發(fā)電的原料

大部分有著苛刻的條件，而且由于一般的生物質(zhì)原料如秸稈等，密度比較低、燃料發(fā)熱量大大低于煤炭。這就造成了大量的運(yùn)輸費(fèi)用，間接增加了原料成本。云南省每年大約有1390萬(wàn)t秸稈，并且農(nóng)田多，有利于緩解原料短缺問(wèn)題。由于秸稈的資源比較集中，可以規(guī)?；慕M織收購(gòu)以降低運(yùn)輸成本。

2.3.3 我國(guó)的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)比較落后

到目前為止，用于生物質(zhì)焚燒發(fā)電的鍋爐及燃料輸送系統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備均產(chǎn)自國(guó)外，國(guó)內(nèi)尚無(wú)制造廠家。早在20世紀(jì)70、80年代云南省就開(kāi)始大力推廣農(nóng)村沼氣發(fā)電技術(shù)，使農(nóng)戶發(fā)電自足，減少生活生產(chǎn)垃圾。云南省在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)方面有良好的基礎(chǔ)但仍然不足。

2.3.4 云南省在發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)上，有著資源上的優(yōu)勢(shì)及技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)

但是要想將生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化推廣下去，還需要政府政策的支持，提高生物質(zhì)發(fā)電補(bǔ)貼。將生物質(zhì)發(fā)電納入可再生能源發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金支持領(lǐng)域，盡快完善相關(guān)財(cái)稅政策減免生物質(zhì)發(fā)電的稅收。

3燃料乙醇利用模式

3.1 燃料乙醇的主要特征

燃料乙醇既是一種清潔能源，又可按照一定的比例與汽油混合，是一種良好的汽油增氧劑和辛烷值調(diào)和組分。在汽油中加入一定比例的燃料乙醇對(duì)降低汽車(chē)尾氣中的一氧化碳含量很有效，可顯著降低汽車(chē)尾氣排放的污染物，起到凈化空氣的效果[12]。

相對(duì)于其它生物質(zhì)燃料來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)乙醇的原料種類(lèi)很多，除含糖和淀粉的農(nóng)作物外，植物纖維也可以作為生產(chǎn)乙醇的原料。乙醇的生產(chǎn)方法很多，且工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。乙醇容易儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移， 使用起來(lái)相對(duì)較安全 [13]。燃料乙醇生產(chǎn)、使用過(guò)程中也會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題。據(jù)美國(guó)大氣科學(xué)家馬克·雅各布森等人的研究，以乙醇為燃料的車(chē)輛可能導(dǎo)致更多人罹患或死于呼吸系統(tǒng)疾病[14]。

3.2 燃料乙醇的前景與方向

3.2.1 解決原料供應(yīng)問(wèn)題

應(yīng)當(dāng)培育非糧可再生的原料。學(xué)習(xí)巴西利用生物基乙醇來(lái)制備燃料乙醇，達(dá)到溫室氣體減排的目的。要保證不引起糧食價(jià)格上漲，不與糧爭(zhēng)地。針對(duì)我國(guó)宜農(nóng)荒地開(kāi)展良種培育研究，著重開(kāi)發(fā)適宜在不同地區(qū)種植的高產(chǎn)植株，為1.5代燃料乙醇發(fā)展提供原料保障。

3.2.2 進(jìn)一步加大投資

進(jìn)行燃料乙醇技術(shù)研發(fā)和工業(yè)示范 加大燃料乙醇技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注以纖維素、垃圾等可再生資源為原料的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)，積極推進(jìn)化學(xué)合成制乙醇技術(shù)研究，同時(shí)，進(jìn)一步加大非糧原料乙醇技術(shù)開(kāi)發(fā)以及規(guī)?；剂弦掖技夹g(shù)的示范和推廣應(yīng)用[14]。

3.2.3 政策到位，多途并舉，加快燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化

燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展，同樣離不開(kāi)正確而有效的政策扶持。有效的政策支持，會(huì)激勵(lì)企業(yè)投資的積極性，有效的加速產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；M(jìn)程。

3.3燃料乙醇在云南省的應(yīng)用前景

3.3.1 燃料乙醇可以減少汽車(chē)尾氣排放的污染物，尤其是一氧化碳

云南省人口多，隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，可以預(yù)見(jiàn)云南省的汽車(chē)數(shù)量也會(huì)越來(lái)越多。云南省發(fā)展燃料乙醇，可以緩解云南燃料短缺的局面，還可以保護(hù)環(huán)境、降低交通污染。

3.3.2 淀粉質(zhì)原料是我國(guó)乙醇生產(chǎn)的最主要原料

其他的原料還有糖質(zhì)原料、纖維素原料等。云南省是農(nóng)業(yè)大省，具有豐富的農(nóng)業(yè)資源可以提供淀粉質(zhì)、糖質(zhì)原料，而且云南還有大量的秸稈資源，同樣可以提供生產(chǎn)燃料乙醇所需的纖維素原料。云南省具有天然的原料優(yōu)勢(shì)在發(fā)展燃料乙醇行業(yè)上。

3.3.3 燃料乙醇生產(chǎn)、使用過(guò)程中也會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題

例如木薯燃料乙醇生產(chǎn)，存在料耗高、能耗高、成本高及廢渣處理難等問(wèn)題。而且有可能會(huì)影響生態(tài)平衡，如巴西為了擴(kuò)大種植甘蔗的土地面積，不惜毀壞熱帶雨林，對(duì)生態(tài)平衡造成嚴(yán)重影響。云南省在發(fā)展燃料乙醇的同時(shí)，需注重合理的原料采集、收集。不能應(yīng)為經(jīng)濟(jì)利益破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。

3.3.4燃料乙醇技術(shù)工藝繁多，而且相對(duì)簡(jiǎn)單

但是以淀粉質(zhì)、糖質(zhì)為原料的技術(shù)多有環(huán)境治理問(wèn)題。云南省發(fā)展燃料乙醇應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展以纖維素為原料的工藝技術(shù)。這樣既可以是秸稈等資源進(jìn)一步優(yōu)化利用，也規(guī)避了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) [15]。

4 總結(jié)

云南省氣候適宜，自然環(huán)境優(yōu)越，有著大量的生物質(zhì)資源儲(chǔ)量。隨著工藝的進(jìn)步、外部條件的成熟，配合上云南省本身的天然優(yōu)勢(shì)，云南省發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)是未來(lái)的趨勢(shì)。生物柴油、生物質(zhì)發(fā)電、燃料乙醇發(fā)展模式，都能夠緩解云南省能源短缺問(wèn)題，能將生物質(zhì)資源優(yōu)化利用起來(lái)，完善云南省的能源結(jié)構(gòu)。這3種模式都比傳統(tǒng)能源模式更環(huán)保，更具有可持續(xù)發(fā)展的潛力。

4.1 云南省發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)有著天然的原料方面的優(yōu)勢(shì)

這樣可以減少發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的原料成本、運(yùn)輸成本。

4.2 大力發(fā)展云南省生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)

在工藝技術(shù)方面，還需要大量的學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展適合云南省的工藝技術(shù)。技術(shù)的改進(jìn)將會(huì)減少生產(chǎn)的成本，這也會(huì)推動(dòng)云南省生物質(zhì)能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

4.3 生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)是新新產(chǎn)業(yè)

需要不斷的探索適合云南省的發(fā)展模式。這就需要政府在政策上、財(cái)政上的大力支持。這樣才能夠盡快的推進(jìn)云南省生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：菅之輿（1992-），男，內(nèi)蒙古，漢族，在讀碩士生，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究 ；崔亞偉（1977-），女，河北，漢族，在讀博士，副教授，主要從事固體廢棄物資源化。