生物质燃料发展前景

热心网友：我国的生物质能源发展方向与对策

1．背景 1．1生物质能源 生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能，最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计，植物每年贮存的能量约相当于世界主要燃料消耗的10倍；而作为能源的利用量还不到其总量的l%。这些未加以利用的生物质，为完成自然界的碳循环，其绝大部分由自然腐解将能量和碳素释放，回到自然界中。事实上，生物质能源是人类利用最早、最多、最直接的能源，至今，世界上仍有15亿以上的人口以生物质作为生活能源。生物质燃烧是传统的利用方式，不仅热效率低下，而且劳动强度大，污染严重。通过生物质能转换技术可以高效地利用生物质能源，生产各种清洁燃料，替代煤炭，石油和天然气等燃料，生产电力。而减少对矿物能源的依赖，保护国家能源资源，减轻能源消费给环境造成的污染。专家认为，生物质能源将成为未来持续能源重要部分，到2015年，全球总能耗将有40％来自生物质能源。 1．2能源与环境 人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力，经济越发展，能源消耗多，尤其是化石燃料消费的增加，就有两个突出问题摆在我们面前：一是造成环境污染日益严重，二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算，世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年，也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际，世界石油资源大概所剩无几。另一方面，由于过度消费化石燃料，过快、过早地消耗了这些有限的资源，释放大量的多余能量和碳素，打破了自然界的能量和碳平衡，是造成臭氧层破坏，全球气候变暖，酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说，如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位，在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机，是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。 1.3国家安全 固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径，人类可以采用高技术手段获得核能源，甚至从外太空获得能源，但其中的危害也是有目共睹的。首先，核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境；其次，各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发，将不可避免地引发新的争夺或争端，其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源，而且通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产因体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。 2.国外生物质能技术的发展状况 生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划，在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。 2.1沼气技术 主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水，是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前，发展中国家主要发展沼气池技术，以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池；而发达国家则主要发展厌氧技术，处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前，日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便，而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平，从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾，美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元，采用湿法处理垃圾，日产26万m3沼气，用于发电、回收肥料，效益可观，预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW，今后10年内还将投资1．5亿英镑，建造更多的垃圾沼气发电厂。 2.2生物质热裂解气化 早在70年代，一些发达国家，如美国、日本、加拿大、欧共体诸国，就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发，到80年代，美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发；加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究；此外，菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂，装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行：瑞典能源中心取得世界银行贷款，计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂，利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。 2.3生物质液体燃料 以生物质为原料生产液体燃料是另一项令人关注的技术，因为生物质液体燃料，包括乙醇、植物油等，可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家，70年代中期，为了摆脱对进口石油的过度依赖，实施了世界上规模最大的乙醇开发计划，到1991年，乙醇产量达到130亿升，在980万辆汽车中，近400万辆为纯乙醇汽车，其余大部分燃用20％的乙醇一汽油混合燃料，也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50％以上。1996年，美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术，由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程：年处理稻壳12，000吨，年发电量800万度，年产酒精2，500吨，具有明显的经济效益。 2.4其它技术 此外, 生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料：泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。 3.我国的生物质能源 我国基本上是一个农业国家 农村人口占总人口的70%以上，生物质一直是农村的主要能源之一国家能源构成中也占有益要地位。 3.1生物质能资源 我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷，理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上（在但第平方公里土地面积上，植物经过光合作用而产生的有机碳量，每年约为158吨）。以平均热值为15,000千焦/公斤计算，折合理论资源最为33亿标准煤，相当于我国目前年总能耗的3倍以上 用实上，目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。 据调查，目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤，除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外 其余6亿吨可作为能源用途：薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林，一项调查表明：我国年均薪柴产量约为1.27亿吨，折合标准煤0.74亿吨：禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤；城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右，并以每年8％-10%的速度增，据估算，我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。 3.2生物质能源和利用 我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源，极少部分用于乡镇企业的工业生产：而利用方式长期来一直以直接燃烧为主，只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源，但规模较小。普及程度较低，在国家，甚至农村的能源结构中占有极小的比例。 生物质直接燃烧方式不仅热效率低下，而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化，严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外，还对生态、社会和经济造成极其不利的影响： ．在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下，必然对森林等自然资源进行不合理采伐， 破坏了自然植被和生态平衡； ．对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利 用，不仅造成资源浪费，而且使其成为主要的有机污染源，除造成严重的大气和水污染之外， 还排放大量的温室气体，加剧了全球温室效应； ．同时，随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高，能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经 济的持续发展的重大问题，必须予以足够的重视，并采取有效措施着力加以解决。 事实上，大力开发和利用生物质能源，对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义，产生诸多利益； ．减少污染，改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用 中一个重要的共同点解决环境污染问题，这也是大部分生物质利用的首要目标。 ．解决农村能源供应问题，提高农民生活水平。 我国农村能源供应紧张，而生物质源丰富，所 以可利开展利用生物质能，可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。 ．改善能源结构，减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨，如果能充分开发，可 以在我国的能源消费中占重要的地方，这对改善我国能源结构，减少我国对石化燃料的依赖， 进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放，最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。 3.3市场需求 可以预计，随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据： ．目前，绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田，不仅浪费了大量的能源，而 成了严重的环境污染，给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流 机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民，随着生活水平的提高，迫切改变原来直接 燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面，以生物质可燃气作为他们的生活能源，就会改善其卫 生环境，提高生活质量，减轻劳动强度。 ．众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂，每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产 出堆放，利用生物质气化技术将其转换成可燃气，生产出优质能源，变废为宝，可谓一举两 得。 ．禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源，随着大型畜牧场的不断建成 和发展，所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意 义。 ．随着我国社会经济的迅速发展，城市人口的增多和居民生活的改善，城市的垃圾处理问题便显 得日益突出。我国的以北京为例，1995年，年垃圾产量均已突破400万吨，1996年北京的垃圾 量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾，不仅可获得能源，而且达到低费用治理污染的 目的。 ．我国的边远地区，生物质资源丰富，多属于缺电、少电地区，可将生物质气化发电，或供热可 自产自用。 ．事买上，生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景，其优势在于开发利用生物质能源不仅可 以获得取之不尽的能源，而且具有保护环境，节省资源的功能。 3.4我国生物质能技术发展现状与问题 我国政府及有关部门对生物质能源利用极为重视，国家几位主要领导人曾多次批示和指示加强农作物秸秆的能源利用。国家科委已连续在三个国家五年计划中将生物质能技术的研究与应用列为重点研究项目，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，如产用沼气池、禽畜粪便沼气技术、生物质气化发电和集中供气、生物压块燃料等，取得了可观的社会效益和经济效益。同时，我国已形成一支高水平的科研队伍，包括国内有名的科研院所和大专院校：拥有一批热心从事生物质热裂解气化技术研究与开发的著名专家学者 ．沼气技术是我国发展最早、曾晋遍推厂的生物质能源利用技术。70年代，我国为解决农村能源 短缺的问题，曾大力开发和推广户用沼气地技术，全国已建成525万户用沼气池。在最近的连 续三个五年计划中，国家都将发展新的沼气技术列为重点科技攻关项目，计划实施了一大批沼 气及其利用的研究项目和示范工程。至今，我国已建设了大中型沼气池3万多个，总容积超过 137万m3，年产沼气5，500万m3，仅100m3以上规模的沼气工程就达630多处，其中集中供气站 583处，用户 8．3万户， 年均用气量431m3，主要用于处理禽畜粪便和有机废水。这些工程都 取得了一定程度的环境效益和社会效益，对发展当地经济和我国厌氧技术起到了积极作用。在 “九五”计划中，应用于处理高浓度有机废水和城市垃圾的高效厌氧技术被列为科技攻关重点 项目，分别由中科院成都生物研究所和杭州能源环境研究所承担实施，现已取得预期的进展。 我国厌氧技术及工程中存在的主要问题：相关技术研究少、辅助设备配套性差、自动化程度 低、非标设备加工粗糙、工程造价高、开放式前后处理的二次污染严重等。 ．我国的生物质气化技术近年有了长足的发展，气化炉的形式从传统上吸式、下吸式到最先进的 流化床、快速流化床和双床系统等，在应用上除了传统的供热之外，最主要突破是农村家庭供 气和气化发电上。“八五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及热利用技术”的科技攻 关专题，取得了相当成果：采用氧气气化工艺，研制成功生物质中热值气化装置；以下吸式流 化床工艺，研制成功l00户生物质气化集中供气系统与装置：以下吸式固定床工艺，研制成功 食品与经济作物生物质气化烘干系统与装置；以流化床干馏工艺，研制成功1000户生物质气化 集中供气系统与装置。“九五”期间，国家科委安排了“生物质热解气化及相关技术”的科技 攻关专题，重点研究开发1MW大型生物质气化发电技术和农村秸秆气化集中供气技术。目前全 国已建成农村气化站近200多个，谷壳气化发电100多台套，气化利用技术的影响正在逐渐扩 大。 ．“八五”期间，我国开始了利用纤维素废弃物制取乙醇燃料技术的探索与研究，主要研究纤维 素废弃物的稀酸水解及其发酵技术，并在“九五”期间进入中间试验阶段。我国已对植物油和 生物质裂解油等代用燃料进行了初步研究：如植物油理化特性、酯化改性工艺和柴油机燃烧性 能等方面进行了初步试验研究。“九五”期间，开展了野生油料植物分类调查及育种基地的建 设。我国的生物质液化也有一定研究，但技术比较落后，主要开展高压液化和热解液化方面的 研究。 ．此外，在“八五”期间，我国还重点对生物质压缩成型技术进行了科技攻关，引进国外先进机 型，经消化、吸收，研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机，用以生产棒状、块 状或颗粒生物质成型燃料。我国的生物质螺旋成型机螺杆使用寿命达500小时以上，属国际先 进水平。 虽然我国在生物质能源开发方面取得了巨大成绩，技术水平却与发达国家相比仍存在一定差距，如： ．新技术开发不力，利用技术单一。我国早期的生物质利用主要集中在沼气利用上，近年逐渐重 视热解气化技术的开发应用，也取得了一定突破，但其他技术开展却非常缓慢，包括生产酒 精、热解液化、直接燃烧的工业技术和速生林的培育等，都没有突破性的进展。 ．由于资源分散，收集手段落后，我国的生物质能利用工程的规模很小；为降低投资，大多数工 程采用简单工艺和简陋设备，设备利用率低，转换效率低下。所以，生物质能项目的投资回报 率低，运行成本高，难以形成规模效益，不能发挥其应有的、重大的能源作用。 ．相对科研内容来说，投入过少，