菅之輿++崔亞偉

摘 要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益加劇，越來越多的國家開始加強(qiáng)對可再生能源的開發(fā)利用，并取得顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。生物質(zhì)能的開發(fā)利用是發(fā)展新型能源的重要選擇，它的開發(fā)利用有利于恢復(fù)生態(tài)和治理環(huán)境。論文介紹了生物質(zhì)的基本概念，分析了云南省生物質(zhì)資源種類及數(shù)量，對云南省生物質(zhì)能的運(yùn)用前景做出展望，并且提出了3種適合云南省發(fā)展的生物質(zhì)能利用的模式。除此之外，還通過從多種角度討論和分析各個(gè)模式的利弊，并且進(jìn)一步提出了解決各種模式弊端的策略。

關(guān)鍵字： 生物質(zhì)；生物柴油；燃料乙醇；生物質(zhì)發(fā)電

中圖分類號(hào)： Q946.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20151232008

前言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建設(shè)離不開能源的支持，但是由于傳統(tǒng)化石能源過量的開采使用也同樣造成了嚴(yán)重的污染問題。能源與環(huán)境相互制約，而如果兩者能合理調(diào)配，一些新能源就會(huì)減輕環(huán)境污染甚至有利于環(huán)境質(zhì)量的提升。由于傳統(tǒng)化石能源的資源有限性和污染性，如何使我國的能源結(jié)構(gòu)更加合理，更具有可持續(xù)性，已經(jīng)成為我國亟待解決的問題之一。

根據(jù)云南省政府公布的《云南礦產(chǎn)資源對2020年國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)保證程度論證報(bào)告》可知，除原煤2020年規(guī)劃為7182萬t，保證年限大于100a外，省內(nèi)其他能源品種均無法滿足全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在當(dāng)下能源需求的現(xiàn)狀下，一些能源的短缺以及能源結(jié)構(gòu)的不合理，不僅制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[1]。因此，開發(fā)利用生物質(zhì)能源對云南省優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展、減少環(huán)境污染和溫室氣體的排放具有重要意義。

生物質(zhì)指利用陽光、土壤、水、二氧化碳等外部資源、條件通過光合作用所產(chǎn)生的可再生或可循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括所有的動(dòng)物、植物和微生物，以及由這些生命體所派生、排泄和代謝出來的各種有機(jī)物質(zhì)通稱為生物質(zhì)[2]。

云南省有著豐富的自然資源，幾乎囊括了我國從熱帶、亞熱帶到寒帶的大部分植物種類。云南有農(nóng)田458.85 萬 km2，占云南土地面積的11.6%[3]?？砷L期穩(wěn)定地提供農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)資源。云南省擁有豐富的林業(yè)資源，現(xiàn)有林地面積2212.87萬km2。大約每年可采集木質(zhì)燃料資源500萬t?？砷L期為云南省提供大量秸稈、木材、渣滓以及其他林業(yè)生物質(zhì)。云南省不僅生物質(zhì)資源總量豐富，還有著獨(dú)特的生物質(zhì)能種類優(yōu)勢。根據(jù)《全國林業(yè)生物質(zhì)能源發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》可知，云南省目前有油桐39683 km2，每年果實(shí)產(chǎn)量約為1.2～4.0億kg；小桐子4836 km2，每年果實(shí)產(chǎn)量約為1400～2000萬kg [4]。

1 生物柴油

1.1 生物柴油的特征

生物柴油是從動(dòng)植物油脂提煉出來的，它是一種長鏈脂肪酸的單烷基酯。生物柴油十六烷值高，潤滑性能好，并且不含芳烴和硫。這些長鏈脂肪酸單烷基酯可生物降解，具有優(yōu)良的潤滑性能和溶解性，閃點(diǎn)高，無毒，揮發(fā)性有機(jī)物含量低，也是制造可生物降解的具有高附加值的精細(xì)化工產(chǎn)品原料 [5]。

目前生產(chǎn)生物柴油最普遍的方法是酯交換法，也就是短鏈醇和油脂在催化劑作用下形成長鏈脂肪酸單酯。最常用的短鏈醇是甲醇，因?yàn)槠涑杀镜汀⑿б娓?。但隨著生物基乙醇的發(fā)展，將會(huì)取代了甲醇用來生產(chǎn)生物柴油，成為完全可再生的綠色產(chǎn)品。一些其他短鏈醇，如正丁醇、異丁醇等也有研究，但沒有成型的產(chǎn)業(yè)化技術(shù) [6]。

1.2 生物柴油的前景與方向

1.2.1 生物柴油總成本中的3/4左右是原料成本

美、歐采用低成本的轉(zhuǎn)基因大豆油或油菜籽油為原料，而我們國家目前只以廢棄油為原料[7]。原料制約了我國生物柴油產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。盡管我國已經(jīng)開始對麻瘋樹、油桐等非糧油料植物開始了研發(fā)探索，但是不論是培育高油樹種，還是種植技術(shù)或政策扶持都還處于初級(jí)階段。而現(xiàn)在出現(xiàn)的微藻技術(shù)，含油量高、生長周期短、培育成本低、油脂的單位面積產(chǎn)率高、不占用土地。采用微藻技術(shù)可以有效的解決原料問題。

1.2.2 我國主要以地溝油為生產(chǎn)原料

酸催化的酯化率和堿催化的轉(zhuǎn)酯率均需提高，并需避免皂化現(xiàn)象發(fā)生，而且產(chǎn)品往往需要脫色。固體酸堿催化劑可以循環(huán)使用，減少污染，并且提高了生產(chǎn)安全，減少了設(shè)備的腐蝕。隨著環(huán)保、高效、穩(wěn)定的固體催化劑的研制，連續(xù)生產(chǎn)生物柴油的新工藝必將走向產(chǎn)業(yè)化 [6]。

1.2.3 為生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的政策環(huán)境

中國的生物柴油產(chǎn)業(yè)主要依靠以餐飲廢油為原料的民營企業(yè)，但是餐飲廢油的收集成本高且資源有限。國家需要落實(shí)已出臺(tái)的政策，建立合理有效地生物質(zhì)能源管理體系，出臺(tái)合理嚴(yán)格的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，允許各類生物質(zhì)能源產(chǎn)品進(jìn)入市場。

1.3 生物柴油在云南省的應(yīng)用前景

1.3.1 生物柴油是一種清潔柴油

與普通柴油相比性能相當(dāng)，但具有環(huán)境友好的特點(diǎn)。云南省能源結(jié)構(gòu)不合理，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需求能源日益增多，在云南發(fā)展生物柴油有利于解決能源問題、環(huán)境問題。

1.3.2 生物柴油的發(fā)展需要大量的原料

例如大豆油、棕櫚油、麻瘋樹果油等。但是大豆油等糧食油價(jià)格高昂，并且會(huì)危及世界糧食安全。但是云南有獨(dú)特的林業(yè)資源，例如麻瘋樹資源 [8]。麻瘋樹果油價(jià)格低、出油比例高。而且云南省有豐富的甘蔗資源，可以效仿巴西生產(chǎn)生物基乙醇用來生產(chǎn)生物柴油。所以解決了原料成本高的問題后，云南省非常適合發(fā)展生物柴油。

1.3.3 云南已被列為國家生物柴油開發(fā)試點(diǎn)省

并且國家出臺(tái)了《生物能源和生物化工農(nóng)業(yè)原料基地補(bǔ)助資金管理暫行辦法》，規(guī)定對林業(yè)原料基地給予3000元/km2補(bǔ)助。有利于從政策上扶植云南省發(fā)展生物柴油。但是還必須盡快落實(shí)政策、落實(shí)補(bǔ)助。省、地方政府也應(yīng)該大力宣傳、發(fā)展生物柴油。

1.3.4 云南大力發(fā)展生物柴油還需要發(fā)展適合自己的產(chǎn)業(yè)技術(shù)

例如研發(fā)非均相固體催化劑，開發(fā)高附加值的后續(xù)產(chǎn)品例如潤滑油添加劑等。這樣有利于減少成本，提高資源利用效率，使得生物柴油真正能取得環(huán)境效益的同時(shí)取得經(jīng)濟(jì)效益。

2 生物質(zhì)發(fā)電利用模式

2.1 生物質(zhì)發(fā)電的特征

生物質(zhì)發(fā)電即是以生物質(zhì)為燃料發(fā)電。這些用于發(fā)電的生物質(zhì)既有廢木等工業(yè)廢料，又有桔桿等農(nóng)業(yè)廢料，還有堅(jiān)果殼等其它廢料。使用這些燃料，要求發(fā)電設(shè)備具備相應(yīng)的特點(diǎn)，既能對燃料作前期處理又能適應(yīng)其燃燒狀態(tài)。由于這一技術(shù)在資源和環(huán)境方面的作用，它已經(jīng)在一些國家作為電力發(fā)展的一個(gè)重要方面而得到重視和利用[9]。

但是目前我國的生物質(zhì)焚燒發(fā)電所有的技術(shù)和設(shè)備均引進(jìn)國外，由于國外產(chǎn)品規(guī)格不同、生產(chǎn)習(xí)慣不同，所引進(jìn)的設(shè)備不能完全適用于我國。而且雖然生物質(zhì)發(fā)電環(huán)境收益良好，但是由于發(fā)電成本高，電價(jià)補(bǔ)貼額度偏低，其他財(cái)稅政策支持力度較低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益差，缺少企業(yè)投資。

2.2 生物質(zhì)發(fā)電的前景與方向

2.2.1 加大科研投資力度

研發(fā)適合我國實(shí)際的產(chǎn)業(yè)技術(shù)和設(shè)備，吸取國外先進(jìn)技術(shù)，改革創(chuàng)新研發(fā)自己的設(shè)備。

2.2.2 在前期國家政策上扶持

通過減免稅收，財(cái)政補(bǔ)貼，降低運(yùn)輸費(fèi)等方面降低電廠運(yùn)營成本。組織規(guī)?；占牧?，培養(yǎng)農(nóng)村秸稈收集代理人，統(tǒng)一運(yùn)輸減少原材料費(fèi)用。在條件許可的地方將生物質(zhì)發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來，盡量將廠址選擇在熱負(fù)荷集中點(diǎn)，實(shí)行熱電聯(lián)產(chǎn)，提高機(jī)組總熱效率，降低成本[10]。

2.2.3 盡快完善相關(guān)財(cái)稅政策，適當(dāng)提高電價(jià)補(bǔ)貼額度

生物質(zhì)發(fā)電的成本高于火力發(fā)電，以現(xiàn)階段電價(jià)計(jì)算生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)電1°都要虧損2毛左右，在短期內(nèi)需要國家的財(cái)政支持才能維持[11]。

2.3 生物質(zhì)發(fā)電在云南省的應(yīng)用前景

2.3.1 生物質(zhì)發(fā)電污染程度小于傳統(tǒng)的以煤炭為原料的火力發(fā)電

云南省是農(nóng)業(yè)大省，有著豐富的生物質(zhì)資源，比如大量的秸稈資源以及柴薪林資源，適合大力發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)。

2.3.2 生物質(zhì)發(fā)電的原料

大部分有著苛刻的條件，而且由于一般的生物質(zhì)原料如秸稈等，密度比較低、燃料發(fā)熱量大大低于煤炭。這就造成了大量的運(yùn)輸費(fèi)用，間接增加了原料成本。云南省每年大約有1390萬t秸稈，并且農(nóng)田多，有利于緩解原料短缺問題。由于秸稈的資源比較集中，可以規(guī)模化的組織收購以降低運(yùn)輸成本。

2.3.3 我國的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)比較落后

到目前為止，用于生物質(zhì)焚燒發(fā)電的鍋爐及燃料輸送系統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備均產(chǎn)自國外，國內(nèi)尚無制造廠家。早在20世紀(jì)70、80年代云南省就開始大力推廣農(nóng)村沼氣發(fā)電技術(shù)，使農(nóng)戶發(fā)電自足，減少生活生產(chǎn)垃圾。云南省在生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)方面有良好的基礎(chǔ)但仍然不足。

2.3.4 云南省在發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)上，有著資源上的優(yōu)勢及技術(shù)上的優(yōu)勢

但是要想將生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化推廣下去，還需要政府政策的支持，提高生物質(zhì)發(fā)電補(bǔ)貼。將生物質(zhì)發(fā)電納入可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金支持領(lǐng)域，盡快完善相關(guān)財(cái)稅政策減免生物質(zhì)發(fā)電的稅收。

3燃料乙醇利用模式

3.1 燃料乙醇的主要特征

燃料乙醇既是一種清潔能源，又可按照一定的比例與汽油混合，是一種良好的汽油增氧劑和辛烷值調(diào)和組分。在汽油中加入一定比例的燃料乙醇對降低汽車尾氣中的一氧化碳含量很有效，可顯著降低汽車尾氣排放的污染物，起到凈化空氣的效果[12]。

相對于其它生物質(zhì)燃料來說，生產(chǎn)乙醇的原料種類很多，除含糖和淀粉的農(nóng)作物外，植物纖維也可以作為生產(chǎn)乙醇的原料。乙醇的生產(chǎn)方法很多，且工藝相對簡單。乙醇容易儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移， 使用起來相對較安全 [13]。燃料乙醇生產(chǎn)、使用過程中也會(huì)帶來環(huán)境問題。據(jù)美國大氣科學(xué)家馬克·雅各布森等人的研究，以乙醇為燃料的車輛可能導(dǎo)致更多人罹患或死于呼吸系統(tǒng)疾病[14]。

3.2 燃料乙醇的前景與方向

3.2.1 解決原料供應(yīng)問題

應(yīng)當(dāng)培育非糧可再生的原料。學(xué)習(xí)巴西利用生物基乙醇來制備燃料乙醇，達(dá)到溫室氣體減排的目的。要保證不引起糧食價(jià)格上漲，不與糧爭地。針對我國宜農(nóng)荒地開展良種培育研究，著重開發(fā)適宜在不同地區(qū)種植的高產(chǎn)植株，為1.5代燃料乙醇發(fā)展提供原料保障。

3.2.2 進(jìn)一步加大投資

進(jìn)行燃料乙醇技術(shù)研發(fā)和工業(yè)示范 加大燃料乙醇技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注以纖維素、垃圾等可再生資源為原料的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)，積極推進(jìn)化學(xué)合成制乙醇技術(shù)研究，同時(shí)，進(jìn)一步加大非糧原料乙醇技術(shù)開發(fā)以及規(guī)?；剂弦掖技夹g(shù)的示范和推廣應(yīng)用[14]。

3.2.3 政策到位，多途并舉，加快燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化

燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化健康發(fā)展，同樣離不開正確而有效的政策扶持。有效的政策支持，會(huì)激勵(lì)企業(yè)投資的積極性，有效的加速產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；M(jìn)程。

3.3燃料乙醇在云南省的應(yīng)用前景

3.3.1 燃料乙醇可以減少汽車尾氣排放的污染物，尤其是一氧化碳

云南省人口多，隨著經(jīng)濟(jì)增長，可以預(yù)見云南省的汽車數(shù)量也會(huì)越來越多。云南省發(fā)展燃料乙醇，可以緩解云南燃料短缺的局面，還可以保護(hù)環(huán)境、降低交通污染。

3.3.2 淀粉質(zhì)原料是我國乙醇生產(chǎn)的最主要原料

其他的原料還有糖質(zhì)原料、纖維素原料等。云南省是農(nóng)業(yè)大省，具有豐富的農(nóng)業(yè)資源可以提供淀粉質(zhì)、糖質(zhì)原料，而且云南還有大量的秸稈資源，同樣可以提供生產(chǎn)燃料乙醇所需的纖維素原料。云南省具有天然的原料優(yōu)勢在發(fā)展燃料乙醇行業(yè)上。

3.3.3 燃料乙醇生產(chǎn)、使用過程中也會(huì)帶來環(huán)境問題

例如木薯燃料乙醇生產(chǎn)，存在料耗高、能耗高、成本高及廢渣處理難等問題。而且有可能會(huì)影響生態(tài)平衡，如巴西為了擴(kuò)大種植甘蔗的土地面積，不惜毀壞熱帶雨林，對生態(tài)平衡造成嚴(yán)重影響。云南省在發(fā)展燃料乙醇的同時(shí)，需注重合理的原料采集、收集。不能應(yīng)為經(jīng)濟(jì)利益破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡。

3.3.4燃料乙醇技術(shù)工藝繁多，而且相對簡單

但是以淀粉質(zhì)、糖質(zhì)為原料的技術(shù)多有環(huán)境治理問題。云南省發(fā)展燃料乙醇應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展以纖維素為原料的工藝技術(shù)。這樣既可以是秸稈等資源進(jìn)一步優(yōu)化利用，也規(guī)避了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) [15]。

4 總結(jié)

云南省氣候適宜，自然環(huán)境優(yōu)越，有著大量的生物質(zhì)資源儲(chǔ)量。隨著工藝的進(jìn)步、外部條件的成熟，配合上云南省本身的天然優(yōu)勢，云南省發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)是未來的趨勢。生物柴油、生物質(zhì)發(fā)電、燃料乙醇發(fā)展模式，都能夠緩解云南省能源短缺問題，能將生物質(zhì)資源優(yōu)化利用起來，完善云南省的能源結(jié)構(gòu)。這3種模式都比傳統(tǒng)能源模式更環(huán)保，更具有可持續(xù)發(fā)展的潛力。

4.1 云南省發(fā)展生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)有著天然的原料方面的優(yōu)勢

這樣可以減少發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的原料成本、運(yùn)輸成本。

4.2 大力發(fā)展云南省生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)

在工藝技術(shù)方面，還需要大量的學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展適合云南省的工藝技術(shù)。技術(shù)的改進(jìn)將會(huì)減少生產(chǎn)的成本，這也會(huì)推動(dòng)云南省生物質(zhì)能源發(fā)展產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

4.3 生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)是新新產(chǎn)業(yè)

需要不斷的探索適合云南省的發(fā)展模式。這就需要政府在政策上、財(cái)政上的大力支持。這樣才能夠盡快的推進(jìn)云南省生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：菅之輿（1992-），男，內(nèi)蒙古，漢族，在讀碩士生，主要從事環(huán)境生態(tài)學(xué)研究 ；崔亞偉（1977-），女，河北，漢族，在讀博士，副教授，主要從事固體廢棄物資源化。