我國生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀及前景

李穎 鄭州大學(xué)

上世紀(jì)七十年代，我國開始對生物質(zhì)能的發(fā)展加以扶持，改善了農(nóng)村能源供應(yīng)不足與相關(guān)環(huán)境問題。后來，我國進(jìn)行能源立法，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)開始快速發(fā)展。同時(shí)，國家組織了大批科技項(xiàng)目攻關(guān)，建立了生物質(zhì)研究培訓(xùn)基地和一批生物質(zhì)利用示范工程，形成了我國的生物質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)和科技隊(duì)伍，使得生物質(zhì)能的開發(fā)利用有組織有計(jì)劃地進(jìn)行，并逐漸步入可持續(xù)發(fā)展的道路。

一、我國生物質(zhì)能資源現(xiàn)狀

我國生物質(zhì)能資源豐富，理論生物質(zhì)能資源約我國總能耗的4倍，50tce左右，主要有:農(nóng)作物秸稈、森林資源、植物能源、人畜糞便、生產(chǎn)生活垃圾等。其中薪柴和秸稈分別占36%和54%，工廠有機(jī)廢渣廢水占3%，人畜糞便占3%，城市垃圾占3%，植物能源占1%。我國還有5700萬hm2宜林地和荒沙荒地，1億hm2邊際土地資源不適宜種植農(nóng)作物，在不與農(nóng)林作物等爭土地的前提下，我國林木生物質(zhì)能源蘊(yùn)藏著無窮的潛能。

二、生物質(zhì)能源利用技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

（一）沼氣技術(shù)。沼氣技術(shù)是指有機(jī)物質(zhì)在一定的溫度、水分和厭氧條件下，通過不同功能、不同種類、不計(jì)其數(shù)的各類微生物的代謝分解，最后轉(zhuǎn)化為二氧化碳和甲烷等混合性氣體的復(fù)雜的生物化學(xué)過程，包括水解階段、氫酸產(chǎn)出階段和甲烷產(chǎn)出階段這三個(gè)階段。工藝流程為：收集原材料，對原材料預(yù)處置，厭氧消化，厭氧消化液后處理，凈化沼氣、存儲(chǔ)和輸配以及利用等。

農(nóng)村戶用沼氣技術(shù)改善了農(nóng)村生活用能也加強(qiáng)了環(huán)境建設(shè)。大中型沼氣工程技術(shù)取得了突破，如在畜禽發(fā)酵工藝上提出高濃度發(fā)酵工藝、固液分離理念等。在我國，沼氣高值化利用的發(fā)展相對落后，但也取得了一些技術(shù)性的突破，比如變壓吸附氣體分離技術(shù)，可將甲烷從沼氣中回收濃縮。

（二）生物質(zhì)燃料固體成型技術(shù)。生物質(zhì)燃料固體成型技術(shù)是以樹皮、秸稈、碎木屑、稻殼等生物質(zhì)作為原料，預(yù)處理和加工之后，將其固化成為高密度的顆粒燃料的技術(shù)。

我國此項(xiàng)技術(shù)與國外先進(jìn)的成型技術(shù)相比還有一定差距，主要體現(xiàn)在:資源及原料收集、儲(chǔ)運(yùn)問題，成型工藝與設(shè)備問題，技術(shù)后續(xù)欠缺，產(chǎn)業(yè)體系薄弱。

（三）燃料乙醇技術(shù)。第一代技術(shù)是以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作物為原料生產(chǎn)乙醇。其工藝流程為:液化→糖化→發(fā)酵→蒸餾→脫水。第二代技術(shù)是以木質(zhì)纖維素為原材料來產(chǎn)生乙醇，首先要脫去木質(zhì)素，增加原材料的疏松性，以此來增大纖維素與各種的酶的接觸面積，進(jìn)而提升酶的催化效率。待原材料分解為糖類之后，下面進(jìn)行發(fā)酵、蒸餾和脫水。我國的纖維素類生物質(zhì)原料非常豐富，將其轉(zhuǎn)化成燃料乙醇有很大的潛力。

（四）生物柴油技術(shù)。①化學(xué)法:以動(dòng)植物油廠下腳料、棕櫚油、酸化油、泔水油、地溝油、工業(yè)甲醇等為原料，采用酯化或酯交換反應(yīng)后再經(jīng)水洗、干燥及精餾等工藝合成。②物理法:以動(dòng)植物油廠下腳料、泔水油、地溝油、煤焦油及煉油廠主副產(chǎn)品等為原料，經(jīng)過處理后，再加入一定量催化劑、乳化劑，經(jīng)專用設(shè)備和特殊工藝合成。首先，我國能源油料資源種類繁多，分布廣泛，且油料作物的選育和種植技術(shù)在我國早有基礎(chǔ)；進(jìn)而，若廢油脂可加以利用，則具有很大的市場競爭力。但由于原料太過分散、政策和市場環(huán)境不穩(wěn)定，導(dǎo)致我國生物柴油的發(fā)展仍存在問題。

（五）生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)。①生物質(zhì)燃燒發(fā)電:把原材料放入鍋爐中使其燃燒，燃燒產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。此技術(shù)中關(guān)鍵在于鍋爐的防腐、對原材料預(yù)處理、鍋爐的原料適用性及汽輪機(jī)的效率、燃燒效率等技術(shù)。②生物質(zhì)氣化發(fā)電：氣化爐將原材料轉(zhuǎn)化為氣體燃料，然后對混合氣體燃料進(jìn)行凈化，之后直接送進(jìn)燃料電池發(fā)電或者送進(jìn)燃?xì)鈾C(jī)中燃燒發(fā)電。此項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于對混合氣體燃料的凈化，氣化出來的氣體燃料都含有焦油、焦炭和灰分等一定的雜質(zhì)，需要經(jīng)過凈化系統(tǒng)把雜質(zhì)除去。

（六）生物質(zhì)氣化技術(shù)。生物質(zhì)氣化技術(shù)是通過熱化學(xué)的方法，利用空氣中氧化物如氧氣作為氣化劑，將生物質(zhì)原材料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為含有CO，H2，CH4等可燃?xì)怏w的過程。

我國在生物質(zhì)氣化方面發(fā)展很快，很多技術(shù)都有了突破性進(jìn)展，探索了生物質(zhì)氣化合成液體燃料、制氫的技術(shù)工藝。但在氣化裝置與設(shè)備、工藝自動(dòng)化程度、原材料的預(yù)處理、溫度與停留時(shí)間的控制、氣化劑的性能等各方面較國際領(lǐng)先水平相對落后。我們應(yīng)加大科研力度，積極進(jìn)行國內(nèi)外交流合作，攻堅(jiān)克難。

（七）生物質(zhì)熱裂解制油技術(shù)。生物質(zhì)裂解制油技術(shù)是生物質(zhì)原材料在隔絕氧氣或者少量氧氣的環(huán)境下，被加熱升溫引起分子裂解成為焦炭、可凝性液體和氣體產(chǎn)物，將氣體從灰分分離后，再進(jìn)行冷凝，收集到生物油的過程。

目前，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛認(rèn)定為是一項(xiàng)具有深遠(yuǎn)發(fā)展前景的可再生能源利用技術(shù)。雖然該技術(shù)尚未達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的水平，但相信在不久的將來，此項(xiàng)技術(shù)將為社會(huì)帶來巨大效益。

結(jié)論：我國國土遼闊，地大物博，生物質(zhì)資源豐富，總量巨大，但能量密度低，分布廣泛，不易收集利用。且我國生物質(zhì)能耗量也一直占較大比重，但生物質(zhì)能的利用水平一直較低，燃燒秸稈現(xiàn)象仍然存在。近年來，我國生物質(zhì)能開發(fā)利用技術(shù)越來越多元化，使得資源綜合利用的同時(shí)增加了清潔能源的供應(yīng)。但總的來說，我國生物質(zhì)能利用技術(shù)水平較低，各種技術(shù)的成熟度和商業(yè)化水平不均衡。我們既要學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)，也要堅(jiān)持創(chuàng)新，發(fā)展具有中國特色的生物質(zhì)能源利用體系。