生物質(zhì)化工產(chǎn)品拓展開發(fā)和應(yīng)用

楊翰祥

摘 要：生物質(zhì)遍布世界各地，其資源數(shù)量龐大，形式繁多，其中包括薪柴、農(nóng)林作物、尤其是為獲取能源而種植的能源作物、農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘余物、食品加工和林產(chǎn)品加工的下腳料、城市固體廢棄物、生活污水和水生植物等等。中國的生物質(zhì)能源資源則主要包括農(nóng)林廢棄物及農(nóng)林產(chǎn)品加工業(yè)廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮(zhèn)生活垃圾及污水等。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；化工產(chǎn)品；開發(fā)；應(yīng)用

生物質(zhì)是能源領(lǐng)域常用的術(shù)語，是由光合作用而產(chǎn)生的各種有機體。生物能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質(zhì)為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。在各種可再生能源中，生物質(zhì)能是獨持的，它是貯存的太陽能，也是惟—一種可再生的碳源。它可以轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料?；瘜W(xué)工業(yè)耗用烴類少于整個烴類消費量的5%，但不遠的未來仍需要這些原材料。預(yù)計石油和天然氣生產(chǎn)在2020年后某一時期將達到峰值。假設(shè)化學(xué)加工仍優(yōu)先需用烴類，能源公司為滿足這一需求將面臨新的挑戰(zhàn)。在本世紀初葉，可再生的生物資源將為化學(xué)工業(yè)提供大多數(shù)原材料。這將包括林業(yè)、漁業(yè)、動物飼養(yǎng)業(yè)和農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物。從某種意義來說，增加對這類原材料的依賴將成為必然。從長期看，生物煉油廠可生產(chǎn)寬范圍的下游化學(xué)品、燃料和其他產(chǎn)品。據(jù)催化劑集團資源公司（CGR）分析，從生物質(zhì)制取的化學(xué)品現(xiàn)已占化學(xué)品總銷售額約5%，現(xiàn)約200種產(chǎn)品由發(fā)酵制取，其中前4種產(chǎn)品為乙醇、檸檬酸、葡糖酸和乳酸。

1 開發(fā)生物質(zhì)能對中國的重要意義

1.1 促進社會經(jīng)濟的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境

生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源之一，在世界能源消耗小，生物質(zhì)能具有可再生性。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，生物質(zhì)能在未來能源結(jié)構(gòu)中具有舉足輕重的地位。采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料，主要用于生活、供熱和發(fā)電等方面。我國生物質(zhì)能資源相當豐富，人類正面臨著經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的雙重壓力，因而改變能源的生產(chǎn)方式和消費方式，用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)利用包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源資源，對于建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，促進生態(tài)環(huán)境的改善具有重大意義。

1.2 改變我國以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)

我國的能源生產(chǎn)及消費結(jié)構(gòu)的共同特點是：煤炭在能源結(jié)構(gòu)中長期占絕對主導(dǎo)地位，一般占70%以上；石油、天然氣、水電等優(yōu)質(zhì)能源在一次能源中的比重—直在25%左右，而且隨著能源供應(yīng)量的增長優(yōu)質(zhì)能源比重近年來還有所下降；從不同地區(qū)的能源消費結(jié)構(gòu)來看，由于沿海與內(nèi)地經(jīng)濟發(fā)展水平的差異，且受運輸和環(huán)境保護的制約，其能源結(jié)構(gòu)也在不斷優(yōu)化。生物質(zhì)既是低碳燃料，在其生長過程中又大量吸收。而成為溫室氣體的匯（sink），隨著國際社會對溫室氣體減排聯(lián)合行動付諸實施。大力開發(fā)生物質(zhì)能源資源，對于改善我國以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)，具有十分重要的意義。

1.3 發(fā)展生物基產(chǎn)品可減少排放

它擁有生產(chǎn)低排放燃料的潛力，而且可削減運輸行業(yè)的 CO2排放。除了發(fā)展生物乙醇和其他生物燃料以減少汽油消耗外，一些公司也采用生物質(zhì)為原材料生產(chǎn)各種其他產(chǎn)品，包括紡織品、塑料和清洗液等，以減少碳足跡。從事生物技術(shù)開發(fā)的 Novozymes 公司在開發(fā)生物基產(chǎn)品用酶方面頗有作為，該公司生產(chǎn)的酶類用作有機物化學(xué)反應(yīng)的催化劑，酶類在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起到關(guān)鍵作用，并且使用酶可大大降低排放。

2 生物質(zhì)氣化技術(shù)

生物質(zhì)氣化是利用空氣中的氧氣或含氧物作氣化劑，在高溫條件下將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃氣（主要是氫氣、一氧化碳和甲烷）的熱化學(xué)反應(yīng)。生物質(zhì)的揮發(fā)分含量一般在 76%～86%，生物質(zhì)受熱后在相對較低的溫度下就能使大量的揮發(fā)分物質(zhì)析出。為了提供反應(yīng)的熱力學(xué)條件，氣化過程需要供給空氣或氧氣，使原料發(fā)生部分燃燒。整個過程可分為：干燥、熱解、氧化和還原。生物質(zhì)氣化有多種形式，如果按氣化介質(zhì)可以分為使用氣化介質(zhì)和不使用氣化兩種，前者又可以細分為空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、氫氣氣化等，后者有熱分解氣化。不同氣化技術(shù)所得到的熱值不同，因而應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。

3 作為能源利用的生物質(zhì)能資源量時影響因素

首先，生物質(zhì)能資源量是受多種因素影響的是隨時間變化，生物質(zhì)能資源是可再生的，通過種植、增加畜禽飼養(yǎng)等措施，資源量可以增加，而不合理的過量消費，又會造成資源量的減少，而且這種消費對資源量的影響又有滯后性，往往在消費時并不馬上表現(xiàn)出來；作為重要生物質(zhì)能資源的農(nóng)作物秸稈及農(nóng)業(yè)加工剩余物資源量又接受農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，而畜禽飼養(yǎng)量也受到農(nóng)作物產(chǎn)量的影響，因而相應(yīng)的資源量也就必然受到氣候等多種自然因素及市場價格等多種社會因素的影響；各種生物質(zhì)能資源剩余物及其可利用成分是受人民生活水平等多種變化因素影響的，因此說，每年的生物質(zhì)能資源量都受到當年各種具體因素影響的，是變化的，而不是一成不變的。其次，生物質(zhì)能資源是—種自然資源，其本身可以有多種用途作為一種重要生物質(zhì)能資源的農(nóng)作物秸稈：它既可以當作燃料，也可以作為飼料、肥料和工業(yè)原料，所以在研究各種生物質(zhì)可作為能源使用的資源量時，就必然會涉及其在各種不同用途之間的分配比例問題，也就必然會涉及將一種生物質(zhì)能資源作為能源使用的成本問題。在考慮資源量時，應(yīng)該對各種成本進行比較，選擇合理的用途。

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