生物质能源利用技术分析

简述生物质化学转化技术

本文本课题组研究方向对生物质能的利用做了简要介绍。

引言

生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体。从狭义上讲,生物质主要是指农林生物质，主要包括农业秸秆和乔灌木等木质纤维原料。这些农林生物质数量巨大，具有可再生、再生周期短、可生物降解、环境友好等优点[1]。在广大的农村，农林生物质主要用于直接燃烧产热,此外，部分用作饲料、肥料以及制浆造纸原料,然而这些领域的利用量不足农林生物质总量的50%。大量的农林生物质被弃置于露天或焚烧，既造成环境的污染，又造成资源的极大浪费。随着石油等化石资源贮量的逐渐减少，从农林生物质等可再生资源转化利用获得新材料、化工原料、能源和功能食品及药物,补充化石等不可再生资源的缺口,正成为一种新的发展趋势，很多国家特别是发达国家已将此列为经济和社会发展的重大战略[2]。对我国这样一个化石资源短缺、人口众多、经济持续快速发展的大国,推动农林生物质的高效转化利用,具有更突出的迫切性,这也是事关我国农业、农村和农民发展的重大问题,将是我国新世纪的工业结构调整与升级的重点战略 。

1 农林生物质的化学成分

农林生物质细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素组成,其质量占细胞壁的80%～95%,是构成植物纤维原料的主要化学成分[3]。在生物质中,这三种成分构成了植物体的支持骨架,其中纤维素组成微细纤维,构成纤维细胞壁的网状骨架,而半纤维素和木质素则是填充在纤维之间和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。不同种类的植物,细胞壁中的化学组成不同,半纤维素的含量也不同,表1

列举了几种农林废弃物的化学组成。

表 1农林生物质的化学组分 (% 绝干原料)

Table 1-1 Chemical composition of forest and agricultural biomass

种类 水溶性成分 纤维素 半纤维素 木质素 蜡 灰分

生物质能利用的环境效益分析

能源，作为现代社会运转的基石，其来源和利用方式对环境产生着深远的影响。在众多能源类型中，生物质能以其独特的优势逐渐崭露头角。生物质能，简单来说，就是来源于生物质的能量，包括植物、动物及其排泄物、有机废弃物等。那么，生物质能的利用究竟能给我们的环境带来哪些实实在在的好处呢？

首先，生物质能的利用有助于减少温室气体排放。与传统的化石能源（如煤炭、石油和天然气）相比，生物质在生长过程中通过光合作用吸收二氧化碳，并将其转化为有机物。当这些生物质被用于能源生产时，虽然在燃烧或转化过程中也会释放二氧化碳，但总体上，这个过程形成了一个相对较短的碳循环。也就是说，生物质能利用所产生的二氧化碳排放，在一定程度上可以被新生长的生物质所吸收，从而实现碳的平衡甚至净减排。这对于应对全球气候变化、减缓温室效应具有重要意义。

举个例子，以生物质发电为例，如果用生物质替代部分煤炭进行发电，就能够显著降低二氧化碳的排放量。而且，生物质能的来源广泛，如农作物秸秆、林业废弃物等，这些原本可能被废弃或焚烧的资源，通过合理利用转化为能源，不仅减少了温室气体排放，还避免了露天焚烧带来的空气污染。

其次，生物质能的利用有助于改善空气质量。在一些农村地区，过去常常采用露天焚烧农作物秸秆的方式来处理剩余物。这种做法不仅浪费了资源，还会产生大量的烟尘、颗粒物和有害气体，如二氧化硫、氮氧化物等，严重影响当地的空气质量，给人们的健康带来威胁。而将这些秸秆收集起来用于生物质发电、气化或制成固体燃料，能够有效地减少焚烧带来的污染，提高空气质量。

另外，生物质能的利用还可以减少对土地和水资源的压力。与一些大规模的能源开发项目（如水电站、煤矿开采等）相比，生物质能的生产和利用通常对土地和水资源的需求相对较小。例如，生物质种植不需要占用大量的耕地，可以利用边际土地、荒地或者在农业生产的间隙进行。而且，生物质能的转化过程中，如水力破碎、热解等技术，相对来说用水量也较少，这在一定程度上减轻了水资源的压力。

- 1 - 我国生物质能源利用现状分析及对策

生物质能源是一种再生能源，指利用植物体中存储的化学能，通过各种方式转换成的可以直接供人类使用的能源。从技术上讲，生物质能源包括木材、竹子、秸秆、藤蔓、水草、植物油、沼气和燃料酒精等可再生的能源。一般而言，生物质能源的可利用程度比石油、天然气要低，但利用生物质能源可以解决污染、改善环境、提高能源利用效率、减少石油和天然气消耗量等优点。因此，国家正在努力加强生物质能源的开发利用。

一、我国生物质能源利用现状

1、产量大，利用率低

我国的生物质能源储量并不缺乏，例如，我国的木材能源储量占世界木材储量的51%，拥有较大的开采潜力；石炭补给能力大，2017年秸秆产量超过2亿吨，是世界最大的秸秆供应国；沼气储量大，沼气主要由气化沼气、瓦斯沼气和基因改造沼气三部分组成，其总储量占全球总沼气量的78%。尽管储量较丰富，但目前我国生物质能源的利用率并不高，木材能源的利用率仅为40%，秸秆资源的利用率仅为38%，沼气的利用率仅为30%。

2、技术条件有限

我国的生物质能源开发利用技术在某些方面尚处于起步阶段，例如秸秆资源利用技术尚未完全成熟，沼气开发和利用技术仍处于探索阶段，植物油制备技术开发尚不完善等。这些技术发展不完善，不仅严重影响了生物质能源的生产和利用，也限制了生物质能源的发展。 - 2 - 二、提升我国生物质能源利用的对策

1、加快技术创新

我国应加强研究，推进技术创新，推动研发和应用国内的生物质能源利用技术，从而提升生物质能源利用效率和省节能减排工作。

2、加强相关管理

一方面，完善生物质能源资源开发利用方面的政策，加强管理，设立完善的产业标准，建立可持续发展的机制，以期改善生物质能源的利用率;另一方面，建立有效的市场监管机制，开展质量监督检验，以提高生物质能源产品的质量。

生物质资源的综合利用与经济性分析

在当今全球能源需求不断增长、环境保护压力日益增大的背景下，生物质资源作为一种可再生的能源和原材料，其综合利用引起了广泛的关注。生物质资源包括农作物秸秆、林业废弃物、畜禽粪便、生活垃圾中的有机部分等，具有来源广泛、可再生、低碳等优点。本文将对生物质资源的综合利用方式进行探讨，并对其经济性进行分析。

一、生物质资源的综合利用方式

（一）生物质发电

生物质发电是将生物质能转化为电能的一种重要方式。常见的生物质发电技术包括直接燃烧发电、生物质气化发电和生物质与煤混合燃烧发电等。直接燃烧发电是将生物质直接送入锅炉中燃烧，产生蒸汽驱动汽轮机发电。这种方式技术成熟，但对生物质的质量和含水量要求较高。生物质气化发电则是先将生物质气化生成可燃气体，再通过内燃机或燃气轮机发电。该技术具有较高的能源利用效率，但设备投资较大。生物质与煤混合燃烧发电可以在现有燃煤电厂的基础上进行改造，降低投资成本，同时减少煤炭的使用量，降低温室气体排放。

（二）生物质液体燃料

生物质液体燃料主要包括生物乙醇和生物柴油。生物乙醇通常由粮食作物（如玉米、小麦）或非粮食作物（如木薯、甜高粱）发酵制成。然而，以粮食作物为原料生产生物乙醇可能会引发粮食安全问题，因此非粮食作物逐渐成为主要的原料来源。生物柴油一般通过油脂（如植物油、动物脂肪）与醇类进行酯交换反应制备。使用生物质液体燃料可以减少对传统石油燃料的依赖，降低尾气排放，对改善空气质量具有积极意义。

（三）生物质固体成型燃料

生物质固体成型燃料是将松散的生物质原料经过压缩成型，制成具有一定形状和密度的固体燃料。常见的成型方式有挤压成型、冲压成型和滚压成型等。生物质固体成型燃料具有能量密度高、便于储存和运输、燃烧性能好等优点，可以替代煤炭用于民用取暖、工业锅炉等领域。

（四）生物质沼气

生物质沼气是通过厌氧发酵将有机废弃物（如畜禽粪便、农作物秸秆、污水等）转化为甲烷和二氧化碳为主的混合气体。沼气可以用于发电、供热、炊事等，沼渣和沼液还可以作为有机肥料用于农业生产。生物质沼气技术不仅能够实现废弃物的资源化利用，还能减少温室气体排放，改善农村环境。