生物質能源論文

2024年2月21日發(作者：教育的作用)

化工導論結課論文

學 院 化工學院

專 業 化學工程與工藝六班

年 級 2015級

姓 名 王健

指導教師 唐韶坤

2016 年 1月 15日

生物質能源的產生與發展前景

王健 化工六班（3015207172）

摘要：隨著能源危機及溫室氣體減排呼聲的日益高漲，尋找替代性清潔能源就成為化解能源危機和溫室效應的最佳策略。主要發達國家的技術專家和決策者都非常重視生物質能產業的開發。近年來，生物質能源呈現出新的特點。分析追蹤這些新趨勢和新特點，不僅有助于我們理解生物質能產業創新的規律，理性地制定生物質能產業發展戰略，而且有助于我們把握生物質能產業創新的社會約束條件，科學利用并發展生物質能源，實現經濟的可持續發展。

關鍵詞：生物質能源 可持續發展 循環經濟 技術

1生物質能源的定義

所謂生物質能源,

生物能是以生物為載體將太陽能以化學能形式貯存的一種能量，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，生物質是貯存的太陽能，更是一種唯一可再生的碳源，可轉化成常規的固態、液態和氣態燃料的能源。是一種對環境友好的可再生資源,如燃料乙醇、生物柴油、沼氣等。生物質產業近些年來在我國的發展即是農業新功能(提供生物質能源)的一個具體體現,同時也被寄予“現代農業新的增長點”的厚望,發展生物質產業已成為我國加快現代農業建設、發展農村循環經濟的重大舉措。

2生物質能源的產生

2.1生物質資源豐富

中國發展生物能源產業有著巨大的資源潛力。中國人口多，雖然可作為生物能源的糧食、油料資源很少，但是可作為生物能源的生物質資源有著巨大的潛力。有很多秸稈尚未利用，同時森林等資源也可以進行開發。現有可供開發的生物質能源至少能達4.5億噸標煤，同時還有約1.33億公頃宜農宜林荒山荒地，發展生物能源產業，利用農林廢棄物，開發宜林荒地，將會極大地促進中國生物質資源開發利用，促進我國經濟的轉型。

2.2市場需求旺盛

隨著國民經濟的發展和人們生活水平的提高，市場對于可再生能源的需求量將會越來越大，生物質能源的市場前景十分誘人。

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1) 國家對于能源的需求要求生物質能源產業加快發展。

以生物液體燃料乙醇和生物柴油為例：在未來幾年，中國對石油進口依賴度加深、國際石油價格進入高價時代等大背景下，國內燃料乙醇產能擴大已經成為不可阻擋的趨勢，燃料乙醇的利潤空間也在逐漸上升，相關技術也日臻成熟。同時，中國生物柴油的發展潛力也相當大。生物柴油裝置的原料需求，廢棄動植物油回收每年可生產約200萬噸生物柴油。近年來，中國相繼建成了許多年產量過萬噸的生物柴油廠。

2）生態型經濟社會發展需要生物質能源。

隨著國家和社會對于生態環境保護的逐步重視以及對循環經濟的大力要求，生態型能源也將會越來越受歡迎。如用燃料乙醇、生物柴油來替代或部分替代常規汽油或柴油，可大幅度減少汽車有害尾氣排放量，提高空氣質量，減少霧霾天數。為改善農村的生產、生活環境，提高農民的生活質量，以作物秸稈、畜禽糞便、農林廢棄物和環境污染物為原料，生產生物質可燃氣等作為他們的生活能源，一舉改變原來直接燃用秸稈薪柴的炊事取暖局面，起到既辦實事又賺效益的功效。

3生物能源轉換

3．1．1生物燃料乙醇

燃料乙醇指以生物物質為原料通過生物發酵等途徑獲得的可作為燃料用的乙醇。燃料乙醇經變性后與汽油按一定比例混合可制車用乙醇汽油。

燃料乙醇生產技術主要有第一代和第二代兩種。第一代燃料乙醇技術是以糖質和淀粉質作物為原料生產乙醇。其工藝流程一般分為五個階段，即液化、糖化、發酵、蒸餾、脫水。第二代燃料乙醇技術是以木質纖維素質為原料生產乙醇。與第一代技術相比，第二代燃料乙醇技術首先要進行預處理，即脫去木質素，增加原料的疏松性以增加各種酶與纖維素的接觸，提高酶效率。待原料分解為可發酵糖類后，再進入發酵、蒸餾和脫水。

第二代燃料乙醇技術中，秸稈是首先被人們考慮的材料。在中國古代，就有- 2 -

利用秸稈制沼氣的記錄。近年來，由于玉米等傳統制備燃料乙醇的糧食作物日益短缺，而以木薯為作物開發的技術還尚未成熟，因此，人類便把研究的目光投向了秸稈。通過微生物發酵技術，將秸稈發酵轉換成燃料乙醇

3．1．2生物柴油

所謂生物柴油，是指利用各類動植物油脂為原料，與醇類物質經過交脂化反應改性，使其最終變成可供內燃機使用的一種燃料。花生、油菜籽等油料作物，以及動物油脂、廢棄油渣等都可以用來煉制生物柴油。歐盟生物柴油80%的原料為雙低菜籽油（低硫甙、低芥酸）。美國、巴西主要是大豆，我國主要是以木本油料、廢棄油脂和微藻油脂為原料。我國在內蒙古開展了微藻固碳生物能源示范項目，同時，已在四川、貴州、海南啟動小油桐生物柴油產業化示范項目。近年來，我國開發的微藻生物柴油技術憑借周期短、見效快、產率高、占地面積小等獨特的優勢，逐漸引起了世界各國的興趣，正逐步引導生物柴油領域的新革命。

3．2致密成型

生物質固化成型燃料是將作物秸稈、稻殼、木屑等農林廢棄物粉碎后，送入成型器械中，在外力作用下，壓縮成需要的形狀。然后，作燃料直接燃燒，也可進一步加工，形成生物炭。目前，我國研究和開發出的生物質固化成型機也已應用于生產，取得了良好的口碑。生產的致密成型燃料，也已應用于取暖和小型鍋爐。經測定，該種燃料排放的污染物低于煤炭，是一種高效、潔凈，同時還很安全的可再生能源。

3．3生物質裂解與干餾

生物質熱裂解（又稱熱解或裂解），通常是指在無氧環境下，生物質被加熱升溫引起分子分解產生焦炭、可冷凝液體和氣體產物的過程，是生物質能的一種重要利用形式。采用氧氣或氧氣一水蒸汽作為氣化劑的工業中熱值煤氣發生工藝仍在進行研究。固體熱載體循環生物質熱解氣化的示范工程正在運轉。氣化方面的研究重點在焦油的催化裂解、煤氣高溫除塵、聯合循環發電等方面。

生物質熱裂解技術是目前世界上生物質能研究的前沿技術之一。該技術能以連續的工藝和工廠化的生產方式將以木屑等廢棄物為主的生物質轉化為高品質的代用液體燃料（生物油），其不僅可以直接用于現有鍋爐和燃氣透平等設備的燃燒，而且可通過進一步改進加工使液體燃料的品質接近于柴油或汽油等常規動- 3 -

力燃料的品質，甚至可以實現對柴油或汽油的替代。此外，還可以從中提取具有商業價值的化工產品。相比于常規的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分幾乎沒有，可視為21世紀的綠色環保燃料。

3．4生物質氣化及發電

我國已經開發出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產燃氣。目前用于木材和省農副產品烘干的有800多臺，村鎮級秸稈氣化集中供氣系統近900處，年生產生物質燃氣2，400萬立方米。兆瓦級生物質氣化發電系統已經推廣應用20多套，目前，國能生物號稱是全球最大，產業鏈最完整的生物質直燃發電投資、建設、運營一體化公司。其投資的第一個國家級生物質發電示范項目國能單縣生物發電項目于2006年12月1日投產。目前已建設了40多家生物質發電廠，其中24家已投入運營，總裝機容量達到100萬千瓦，累計發電約100億千瓦時。此外，國家電網公司、五大發電集團等大型國有、民營以及外資企業也紛紛投資參與中國生物質發電產業的建設運營。截至2007年底，國家和各省發改委已核準項目87個，總裝機規模220萬千瓦。全國已建成投產的生物質直燃發電項目超過15個，在建項目30多個。可以看出，中國生物質發電產業的發展正在漸入佳境。

4我國生物質能技術發展現狀與問題

我國政府及有關部門對生物質能源利用極為重視，國家幾位主要領導人曾多次批示和指示加強農作物秸稈的能源利用。國家科委已連續在三個國家五年計劃中將生物質能技術的研究與應用列為重點研究項目。在國家的號召下，涌現出一大批優秀的科研成果和成功的應用范例，取得了可觀的社會效益和經濟效益。同時，我國已形成一支高水平的科研隊伍，包括國內有名的科研院所和大專院校：擁有一批熱心從事生物質能源技術的專家學者。在科研院所，還有很多生物質能源新技術正走出實驗室，進入市場。此外，我國正逐年增加對生物質能源技術的投資，加大對生物質能源技術的支持。

(1)我國生物質能源取得的成果

我國的生物質資源十分豐富。每年農作物秸稈產量6億噸以上，禽畜糞便總資源干物質數量約1.4億噸，其中可發展沼氣工程的規模化養殖場糞便干物質約4000萬噸。從“六五”以來，我國先后對禽畜糞便厭氧消化、農作物秸稈熱解- 4 -

氣化、致密成型等技術進行了攻關研究和開發，已經取得了一定成績。在厭氧消化技術方面，目前國內處理有機廢棄物的沼氣工程已有600多處，總池容20萬立方米，年產沼氣1億立方米左右。經過10多年的研究開發，厭氧消化工藝技術已取得了較大進展。

另外，以生物質能利用技術為核心的綜合利用技術模式由于其明顯的經濟和社會效益而得到快速發展，這也成為中國生物質能利用的特色，如“四位一體”模式，“能源環境工程”等。所謂“四位一體”就是一種綜合利用太陽能和生物質能發展農村經濟的模式，其內容是在溫室的一端建地下沼氣池，池上建豬舍、廁所。在一個系統內既提供能源，又生產優質農產品。“能源環境工程”技術是在原大中型沼氣工程基礎上發展起來的多功能、多效益的綜合工程技術，既能有效解決規模化養殖場的糞便污染問題，又有良好的能源、經濟和社會效益。其特點是糞便經固液分離后液體部分進行厭氧發酵產生沼氣，厭氧消化液和渣經處理后成為商品化的肥料和飼料。

華中科技大學機械學院教授肖波將秸稈制成“微米燃料”，利用粉塵爆炸的原理，將秸稈處理成微米級的粉末，放進燃燒裝置中能達到1400多度的高溫，相當于石化能源燃燒的溫度，從而解決了秸稈作為燃料的低效率問題，可大大拓寬秸稈工業化利用范圍。

（2）我國生物質能源技術的不足：

a．新技術開發不力，利用技術單一。我國早期的生物質利用主要集中在沼氣利用上，近年逐漸重視熱解氣化技術的開發應用，也取得了一定突破，但其他技術開展卻非常緩慢。

b．由于資源分散，收集手段落后，我國的生物質能利用工程的規模很小；為降低投資，大多數工程采用簡單工藝和簡陋設備，設備利用率低，轉換效率低下，難以形成較高的收益，同時由于設備質量不過關，甚至會引發安全問題。

c．相對科研內容來說，投入過少，使得研究的技術含量低，多為低水平重復研究，最終未能解決一些關鍵技術。

（3）在我國現實的社會經濟環境中，還存在一些消極因素制約或阻礙著生物質能利用技術的發展、推廣和應用，主要表現為：

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a．在現行能源價格條件下，生物質能源產品缺乏市場競爭能力，投資回報率低，投資者很難獲得較高收益，而銷售價格高又降低了消費者的積極性。

b．技術標準未規范，市場管理混亂。在秸稈氣化供氣與沼氣工程開發上，由于未有合適的技術標準和嚴格的技術監督，很多未具備技術力量的單位和個人參與了沼氣工程開發與生產，引起項目技術不過關，達不到預期目標，甚至帶來安全問題，這給今后開展生物質利用工作帶來很大的負面影響，也降低了人們對生物質能源安全性的信賴程度。

c．關于生物質能源相關技術的法律法規尚不健全，各級政府應盡快制定出相關政策，在制度層面促進生物質能源的發展。

d．人們對于生物質能源缺乏足夠認識，應加強有關常識的宣傳和普及工作。

e．政府應對生物質能源的戰略地位予以足夠重視，開發生物質能源是一項系統工程，是實現可持續發展、促進我國經濟轉型的重要一步。

5我國生物質能源的發展前景

（1） 相關科研投入會增多

近年來，各國科學家已經普遍意識到生物質能源的巨大優勢，并在相關領域取得令人矚目的成就。雖然我國的生物質能源的相關技術已經日臻成熟，但是總體水平與其他發達國家還有一定差距。因此，可以預測，未來我國將會在這方面技術、資金、人力加大投入力度，促進生物質能源的加速發展。

（2） 技術成果產業化、規模化

由于生物質能源很大一部分直接來源于農副產品或生活垃圾等物品，而生物質能源同時與人們的生活息息相關。讓科研成果走出實驗室，走進生活，以較低的成本實現產業化，以合理的價格造福人類，將會是生物質能源的走向。

（3） 來源更加豐富

由于與糧爭地仍然是生物質能源技術的主要瓶頸，隨著技術的發展，出于降低成本的考慮，將會有更加適宜的原料被科學家們采用，整體將會呈現來源多樣化的趨勢。

6總結

隨著化石燃料的日益短缺，生物質能源的重要性也日益凸顯。目前世界各國都在試圖在相關技術、法律等方面取得突破，從而實現擺脫對石油、煤炭、天然- 6 -

氣等傳統能源的依賴。可以預見，在不遠的將來，生物質能源將會成為循環經濟的引擎，將為人類的可持續發展做出重大貢獻。

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