针对现代工业发展要求开发生物质能的意义及技术开发现状_生物质能发展现状

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针对现代工业发展要求开发生物质能的意义及技术开发现

状

摘 要：通过对生物质能的概述，展示其特点及发展情况。结合现代社会发展方向，现代工业发展要求，论述其在现代发展建设中起到的作用来证明未来社会发展离不开生物质能的应用与发展，重点讲述了藻类制油及秸秆在实际应用中的途径与意义。生物质能作为一种无污染，效益高的新性能源，其应用意义重大发展前景光明。

关键词：生物质能；现代工业；藻类制油；秸秆应用；发展趋势

生物质能概述

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能（bioma energy），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源依据来源的不同，可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。森林能源

森林能源在我国农村能源中占有重要地位，1980年前后全国农村消费森林能源约1亿吨标煤，占农村能源总消费量的30％以上，而在丘陵、山区、林区，农村生活用能的50％以上靠森林能源。农作物秸秆

根据1995年的统计数据计算，我国农作物秸秆年产出量为6.04亿吨，其中造肥还田及其收集损失约占15％，剩余5.134亿吨。许多地区废弃秸秆量已占总秸秆量的60％以上。禽畜粪便

根据计算，目前我国禽畜粪便资源总量约8.5亿吨，折合7840多万吨标煤。在粪便资源中，大中型养殖场的粪便是更便于集中开发、规模化利用的。我国目前大中型牛、猪、鸡场约6000多家，每天排出粪尿及冲洗污水80多万吨，全国每年粪便污水资源量1.6亿吨，折合1157.5万吨标煤。生活垃圾

中国大城市的垃圾构成已呈现向现代化城市过渡的趋势，有以下特点：一是垃圾中有机物含量接近1/3甚至更高；二是食品类废弃物是有机物的主要组成部分；三是易降解有机物含量高。目前中国城镇垃圾热值在4.18兆焦/千克（1000千卡/千克）左右。

生物质能特点 1)可再生性 2)低污染性3)广泛分布性 4)生物质燃料总量十分丰富。

生物质能应用及开发现状

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到下世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

目前人类对生物质能的利用，包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等；间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等，它们通过微生物作用生成沼气，或采用热解法制造液体和气体燃料，也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计，每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440～1800亿吨(干重)，其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3～8倍。但是尚未被人们合理利用，多半直接当薪柴使用，效率低，影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷，用热解法生成燃料气、生物油和生物炭，用生物质制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技术培育能源植物，发展能源农场。

生物质发电能

如果以竹柳作为分析对象，在超高密度（150000-20000万株/hm）、超短期轮伐（轮伐期1～2年）的情况下，其每年每公顷平均的生物量生产可达37.8t以上，相当于94.5m木材或15.12m燃油，约合94桶原油。如将所产的生物量用来发电，按照我国国产直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.37kg/kwh计算，这些能源林每年每公顷可供发电27560kwh；若按照进口直燃发电机组发电效率单位电量原料消耗量1.05kg/kwh计算，则每年每公顷可供发电36000kwh。电价按照0.5元/kwh计算，每年每公顷产值为13780-18000元。

微藻制油

一般而言，科学家把玉米制油等作为生物质能利用的第一代技术，秸秆发电是第二代，而微藻制油就是第三代，其应用前景非常广阔。

目前来看，比玉米、大豆更有潜力的“生物油田”，可能不在土壤中，而在水里。

藻类含有大量的生物油脂(也就是植物油)，部分品种含油达70%，而且它们的光合作用效率高，生长迅速。一年能种三季的玉米非常罕见，但藻类，10天、最多两周就可以完成一个生长周期。研究表明，每公顷土地上，玉米的年产油量只有120升，大豆稍高，为440升，而藻类可达1.5万至8万升，是玉米的数百倍。因此，如果能找到最适宜的品种，加上培育得当，藻类将是非常有潜力的生物柴油来源。

微藻制油首先要解决的就是品种选择。全世界目前已知的藻类有近3万种，含油量高的未必长得快，长得快的未必适应高浓度二氧化碳环境。实验室不仅是一个“选秀赛场”，同时也是一个“微藻训练营”。微藻不仅要在“海选”中表现出潜力，也可以通过人为调整“驯化”，提高其吸碳和产油的能力。

此外，为大规模推广微藻柴油，还必须开发出适合工业化的连续采收、脱水干燥技术，以及大规模“炼油”的方法。目前的脱水干燥方法大量消耗能源，成本高昂，与新能源的开发初衷相悖。

那些养着微藻的实验用玻璃瓶，都可以看做是未来“绿色油田”的缩微版。缪晓玲说，如果技术体系完备，微藻制油就将画出一个完美的绿色循环——建立规模化的微藻制油工厂，在大型容器中养殖微藻。白天，阳光和二氧化碳工业废气将为微藻创造出适宜的生长条件；入夜，光合作用停止，但依然可以给微藻“喂食”工业废水，让它们利用废水中的糖制造养分。在这一绿色循环的末端，微藻柴油能让汽车的碳排放降为零，而“榨油”之后的微藻残渣，则可以作为新型生物质能锅炉的燃料。由于不占用耕地，工厂化运营也可大幅提高土地利用率，因此不存在“与粮争地”的问题。

生物质能在新农村建设中的应用

以秸秆产能技术为例，秸秆产能是生物质能里面具有代表性的一种。秸秆属可再生能源，年复一年可保证能源的永续利用。有资料介绍，植物在燃烧过程中放出二氧化碳，但它在生长过程中要吸收二氧化碳，这放出和吸收是基本平衡的，所以对环境保护有利。同时从秸秆的化学成分和热值看亦有它的优势，将它燃烧产生的灰分不小于10%，而且灰分还是一种好的农作物所需的肥料，是发展循环经济的好项目。从实际应用来说，秸秆作为能源原材料可用于制作秸秆煤或者用于秸秆发电。秸秆煤比起普通煤炭，秸秆煤不仅投入小、生产安全，还具有易燃耐燃、热效率高、残渣少等特点，在新农村建设中推广秸秆煤，不仅能使农村的生态环境得到保护，而且能使生产秸秆煤的农民家庭带来丰厚的利润回报。目前利用秸秆发电的途径有两种：一是秸秆气化发电，二是秸秆直接燃烧发电，用得最广泛的是秸秆直接燃烧发电。秸秆发电与常规的火力发电的不同之处主要是燃料不同引起燃烧系统的变化，重点是燃烧设备的变化，而热力系统的其余部分和电气系统与常规一般火电厂类同。秸秆燃烧的另一途径是利用已经运行电厂中的锅炉进行掺烧，这既可节约煤，又可增加秸秆利用的途径。在新农村建设中使用秸秆发电，能够有利于减轻农民的负担，同时可以有利于保护环境。

发展生物质能的重大意义

截至目前，就总量来讲，生物质能源已经成为世界第四大能源和首屈一指的可再生能源，排位仅次于煤炭、石油和天然气。生物质能源的特点是资源丰富、可再生、清洁环保、二氧化碳零净排放、储存和运输便利；并且与“三农”关系紧密，因此我国发展生物质能源的意义重大。

中国工程院可再生能源发展战略咨询报告资料显示，我国生物质能源的资源量是水能的2倍和风能的3.5倍，且分布靠近东部沿海高能耗地区。近期每年可开发的生物质能源约合12亿吨标准煤，超过全国每年能源总耗量的1/3。同时，在我国发展生物质能源是有效利用各种有机废弃物（或排泄物）的理想方式。

每年我国秸秆有7亿吨以上，其中田间焚烧约1.5亿吨。每当作物收获季节，焚烧秸秆造成资源浪费、空气污染，严重时甚至影响高速公路通行和飞机起降。而一个装机3万千瓦的秸秆直燃发电厂，就可以消纳中等规模县域内的全部剩余秸秆，还可以实现为农民增收5000万元；二氧化碳排放量仅为同等规模燃煤发电的百分之一，可减碳排放10万吨。

我国每年中小燃煤锅炉消耗燃煤约7亿吨，虽然占全国总能源消耗的比例不到20%，却排放了50%的二氧化氮，是酸雨的罪魁祸首。利用林业剩余物、秸秆、城市绿化修剪等废弃物生产生物质固体颗粒可替代煤炭和石油烧锅炉供暖，二氧化氮排放量降低95%，二氧化碳排放量降低99%，且具有良好的经济效益。“生物质能源不仅是绿色能源的一种，能够创造经济效益，有助于减排二氧化碳，缓解能源危机；还有助于我国应对气候变化、解决环境问题。”两院院士石元春教授总结说，“十二五”期间国家在发展战略布局、资源培育、能源发展、产业结构调整中更加重视生物质能源发展，给予了政策支持，我国生物质能源的发展潜力将进一步扩大。生物质能源将有助于我国发展循环经济，建设生态文明，在实现可持续发展等方面有着不可替代的作用。

中国生物质能源未来的发展特点和趋势

逐步改善现有的能源消费结构，降低石油的进口依存度

目前，中国能源的基本状况是：资源短缺，消费结构单一，石油的进口依存度高，形势十分严峻。生物智能源的规模化开发无疑是一项现实可行的替代选择。

生物质产业的多功能性进一步推动农村经济发展

生物质产业是以农林产品及其加工生产的有机废弃物，以及利用边际土地种植的能源植物为原料进行生物能源和生物基产品生产的产业。生物质能源生产可以使有机废弃物和污染源无害化和资源化，从而有利于环保和资源的循环利用。

净化环境，进一步为环境“减压”

预计到2020年，氧化硫和氮氧化物的排放量将分别超过中国环境容量30%和46%。《京都议定书》已对发达国家分配了2012年前二氧化碳减排8%的指标，中国是《京都议定书》的签约国，承担此项任务只是时间早晚的问题。此外，农业生产和废弃物排放也对生态环境带来严重伤害。因此，生物质能源发展，以生物质燃料直接或成型燃烧发电替代煤炭以减少二氧化碳排放，以生物燃油替代石化燃油以减少碳氢化物、氮氧化物等对大气的污染，将对于改善能源结构、提高能源利用效率、减轻环境压力贡献巨大。

技术逐步完善，产业化空间广阔

从生物质能源的发展前景看，第一，生物乙醇是可以大规模替代石化原料的最现实选择；第二，对石油的替代，将由E85取代E10；第三，FFVs促进了生物燃油生产和对石化燃料的替代，生物燃油的发展带动了传统汽车产业的更新改造；第四，沼气将规模化生产，用于供热发电、（经纯化压缩）车用燃料或罐装管输；第五，生物质成型燃料的原料充足；第六，以木质纤维素生产的液体生物质燃料（Bff。）被认为是第二代生物质燃料。一旦高产油藻开发成功并实现产业化，由藻类制取生物柴油的规模可以达到数千万吨。

生物质燃料流通体系和相关政策进一步健全完善

随着生物质产业的进一步发展，现有的以粮食为原料的燃料乙醇的销售体系，将会扩大到以甜高粱、甘蔗、麻风树等非粮食作物为原料的液体燃料的销售，与此相配套的非粮食生物质燃料的收购、调配和销售体系将在全国建立并逐步完善。

参考文献

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【8】 王欧.中国农村经济，农业部农村经济研究中心，中国社会科学院农村发展研究所