李松筠 馮增興 孟 陽 才曉泉

(寧波市鄞州中學(xué) 浙江 寧波 315105)(寧波諾丁漢大學(xué) 浙江 寧波 315100)(寧波市鄞州中學(xué) 浙江 寧波 315105)(收稿日期：2016-06-04)

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知識介紹

生物質(zhì)能在中國的利用

李松筠 馮增興 孟 陽 才曉泉

(寧波市鄞州中學(xué) 浙江 寧波 315105)(寧波諾丁漢大學(xué) 浙江 寧波 315100)(寧波市鄞州中學(xué) 浙江 寧波 315105)(收稿日期：2016-06-04)

生物質(zhì)能作為一類重要的可再生能源,其在緩解能源供應(yīng)緊張,調(diào)整能源結(jié)構(gòu)以及改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面具有重要的戰(zhàn)略意義．分析了國內(nèi)生物質(zhì)能研究現(xiàn)狀，并對我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況作出了總結(jié)．

生物質(zhì)能 需求 技術(shù) 消費 比重

1 中國能源需求現(xiàn)狀

21世紀以來，我國能源發(fā)展成果斐然，能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，節(jié)能減排取得一定成效，科學(xué)技術(shù)不斷進步，已建成世界最大的能源供應(yīng)體系，有效保障了經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展．但隨著我國人口的進一步增長，經(jīng)濟社會進一步發(fā)展，能源資源需求不斷增加，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，調(diào)整結(jié)構(gòu)、提高能效和保障能源安全的壓力進一步加大，能源發(fā)展正面臨一系列新問題新挑戰(zhàn)．據(jù)國家統(tǒng)計局初步核算，2015年全年我國能源消費總量42.6×108t標準煤，比上年增長2.2%．煤炭消費量下降2.9%，原油消費量增長5.9%，天然氣消費量增長8.6%，電力消費量增長3.8%．煤炭消費量占能源消費總量的66.0%，水電、風(fēng)電、核電、天然氣等清潔能源消費量占能源消費總量的16.9%[1]．生物質(zhì)能作為一類重要的可再生能源,其在緩解能源供應(yīng)緊張,調(diào)整能源結(jié)構(gòu)以及改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等方面具有重要的戰(zhàn)略意義．

2 我國生物質(zhì)能利用技術(shù)研究進展

圖1是生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)及產(chǎn)品樹型圖[2].

圖1 生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)及產(chǎn)品

2.1 物理轉(zhuǎn)換技術(shù)(壓縮成型技術(shù))

生物質(zhì)固化成型技術(shù)是將各類生物質(zhì)原料經(jīng)粉碎、干燥、高壓成型等環(huán)節(jié)使原來分散的、沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的成型燃料，其用途非常廣闊，可以用于鍋爐和煤氣發(fā)生爐，也可用于工業(yè)、家庭和農(nóng)業(yè)園林暖房供暖．它是一種極具競爭力的燃料．目前，生物質(zhì)成型燃料主要以棒狀、塊狀、顆粒狀3種形式存在．經(jīng)過多年的開發(fā)研究，我國生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)已經(jīng)取得了階段性成果，研發(fā)了螺旋擠壓式、活塞沖壓式、模輥碾壓式3種固體成型燃料生產(chǎn)設(shè)備．促進了生物質(zhì)固體成型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3]．

2.2 化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)

2.2.1 酯交換法制取生物柴油

酯交換是指在酯類之間發(fā)生烷氧基互換的反應(yīng)酯與醇之間發(fā)生的酯交換反應(yīng)，又稱醇解酯交換法．生產(chǎn)生物柴油系采用油脂(脂肪酸甘油酯)與醇在催化劑存在或超臨界條件下進行酯交換反應(yīng)(又稱醇解反應(yīng))產(chǎn)生脂肪酸甲酯和甘油[4]．國內(nèi)大部分高校、研究所和民營能源企業(yè)等都在從事生物柴油方面的科學(xué)研究工作．我國生物柴油在產(chǎn)業(yè)化方面取得了較大的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物柴油生產(chǎn)技術(shù)和工業(yè)化試驗工廠．

2.2.2 熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)

生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法按其加工的方法不同,大體上可分為下述幾方面:一是直接燃燒；二是氣化提供燃料氣或用于發(fā)電；三是液化制取液體產(chǎn)品．

生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種熱化學(xué)處理技術(shù)，通過氣化爐將固態(tài)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為使用方便而且清潔的可燃氣體，用作燃料或生產(chǎn)動力．其基本原理是將生物質(zhì)原料加熱，生物質(zhì)原料進入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發(fā)物，并在高溫下裂解(熱解)．熱解后的氣體和炭在氣化爐的氧化區(qū)與氣化介質(zhì)(空氣、氧氣、水蒸氣等)發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒．燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應(yīng)，最終生成了含有一定量CO，H2，CH4，CnHm的混合氣體，去除焦油、雜質(zhì)后即可燃用．這種方法改變了生物質(zhì)原料的形態(tài)，使用更加方便，而且能量轉(zhuǎn)換效率比固態(tài)生物質(zhì)的直接燃燒有較大的提高[5]．

液化是指通過化學(xué)方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程．液化技術(shù)主要有直接液化和間接液化兩類．直接液化是把生物質(zhì)放在高壓設(shè)備中, 添加適宜的催化劑, 在一定的工藝條件下反應(yīng), 制成液化油, 作為汽車用燃料或進一步分離加工成化工產(chǎn)品．間接液化就是把生物質(zhì)氣化成氣體后, 再進一步進行催化合成反應(yīng)制成液體產(chǎn)品．

與發(fā)達國家相比, 我國生物質(zhì)熱解液化技術(shù)方面的研究起步較晚, 但是近幾年也得到迅速發(fā)展．2012年，我國規(guī)模最大的生物質(zhì)熱裂解液化自動化生產(chǎn)裝置在長春高新區(qū)投入運行，標志著我國生物質(zhì)熱裂解液化自主技術(shù)首次邁入了萬噸級行列．

2.3 生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

生物質(zhì)生物化學(xué)轉(zhuǎn)化包括生物質(zhì)水解、厭氧發(fā)酵和生物制氫等方面，主要產(chǎn)物為乙醇、甲烷氣、生物柴油及氫氣等．近期我國重點技術(shù)研發(fā)方向是利用甜高梁、木薯及木質(zhì)纖維素等非糧食原料生產(chǎn)燃料乙醇, 并建設(shè)規(guī)模化原料供應(yīng)基地, 建立生物質(zhì)液體燃料加工企業(yè)[6]．

3 我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

3.1 投資情況

從生物質(zhì)能源各子行業(yè)的投資增速來看，從高到低依次為沼氣發(fā)電、生物質(zhì)成型燃料、農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、燃料乙醇、垃圾發(fā)電．從投資占比看，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電、燃料乙醇的投資占比最大，占比達到25%至30%．從清潔能源貢獻量(折合噸標煤)，生物質(zhì)發(fā)電(含垃圾發(fā)電)占據(jù)半壁江山，接近50%；生物質(zhì)成型燃料和生物液體燃料各占10%[7]．

3.2 資源量

中國工程院的咨詢報告顯示，國內(nèi)各類清潔能源的資源量及占比排序分別為：生物質(zhì)(11.71×108t標煤，占比54.5%)、水電(5.84×108t標煤，占比27.2%)、風(fēng)電(3.35×108t標煤，占比15.5%)以及核電(0.58×108t標煤，占比2.7%)．其中，生物質(zhì)資源量是水電的2倍和風(fēng)電的3.5倍[8]．

3.3 產(chǎn)能

2013年我國生物質(zhì)能、太陽能和風(fēng)能的實際產(chǎn)能分別折合為5 191.5×104t標煤、4 722.1×104t標煤和4 117.5×104t標煤，生物質(zhì)能源處在首位[8]．

國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電裝機容量850×104kW，年發(fā)電量370×108kW時；生物燃料乙醇產(chǎn)量每年200×104t，生物柴油每年50×104t；生物質(zhì)成型燃料利用量約每年800×104t；包括沼氣在內(nèi)的生物質(zhì)燃氣利用量約每年160×108m3，生物質(zhì)能利用總量每年約3 500×104t標準煤[8]．

3.4 消費

2013年能源消費總量為37.6×108t標準煤，其中生物質(zhì)能利用占0.53%．2013年生物質(zhì)發(fā)電量占全國發(fā)電量的0.80%．我國每年可以能源化利用的生物質(zhì)資源總量4×108t，如果全部利用，約占2013年能源消費量的10.6%[9]．

3.5 在能源方面所占比重

據(jù)中國科學(xué)出版社發(fā)布的《世界能源中國展望》一書提供的數(shù)據(jù)可以直觀地看到，盡管目前生物質(zhì)能源在我國總體能源布局中所占比重還較小，但在未來的十幾年內(nèi)，生物質(zhì)能源都是一種具有良好發(fā)展勢頭的可再生能源，其發(fā)展前景十分樂觀，如圖2所示[10]．

圖2 中國能源比重現(xiàn)狀和未來

4 結(jié)束語

我國的各項生物質(zhì)能利用技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定成果，我國生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)在近十幾年內(nèi)蓬勃發(fā)展，已成為最具潛力的能源產(chǎn)業(yè)之一．生物質(zhì)能作為一項清潔的新能源，具有十分優(yōu)秀的發(fā)展前景．

我國是世界上人口最多的國家, 國民經(jīng)濟發(fā)展面臨著資源和環(huán)境的雙重壓力．因此，我們應(yīng)當更加重視對以生物質(zhì)能為代表的可再生能能源的研究，加快其產(chǎn)業(yè)化進程，為資源節(jié)約和環(huán)境保護作出貢獻．相信在我們的不懈努力下，一個資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會的建成指日可待．

1 中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 2014年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報.國家統(tǒng)計局網(wǎng)站,2015-02-26

2 蔣劍春. 生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化技術(shù)與應(yīng)用.生物質(zhì)化學(xué)工程,2007,41(3):59～65

3 魏偉, 張緒坤. 生物質(zhì)固體成型燃料的發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012, 39(5):135～138

4 翟建華, 劉向欣，王蓓. 酯交換法制備生物柴油及其在我國的實踐.能源研究與信息,2006(4):17～21

5 邱鐘明,陳礪.可再生能源.北京：中國科學(xué)出版社,2004.16～19

6 王豐華,陳慶輝.生物質(zhì)能利用技術(shù)研究進展.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù),2009,30(03):32～35

7 證券日報.2014-11-28

8 石元春.中國能源革命不能沒有“一片”.中國能源, 2015(G00):46～49

9 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.2014中國資源綜合利用年度報告(2014).國家發(fā)改委網(wǎng)站，2014-10-09

10 世界能源中國展望.北京：中國科學(xué)出版社,2001.4 401