PDF《生物质能源应用研究现状与发展前景》

生物质能源应用研究现状与发展前景 蒋剑春 (中国林业科学研究院林产化学工业研究所,江苏南京210042) 摘要:生物质能是可再生能源的重要组成部分.

生物质能的高效开发利用,对解决能源、生态环境问题将起到十分 积极的作用.进入20世纪70年代以来,世界各国尤其是经济发达国家都对此高度重视,积极开展生物质能应用技术的 研究,并取得许多研究成果,达到工业化应用规模.本文概述了国内外研究和开发进展,涉及到生物质能固化、液化 、气化和直接燃烧等研究技术.从我国实际情况出发,提出研究开发前景和建议. 1生物质能源的地位 生物质能源是人类用火以来,最早直接应用的能源.随着人类文明的进步,生物质能源的应用研究开发几经波折, 在第二次世界大战前后,欧洲的木质能源应用研究达到高峰,然后随着石油化工和煤化工的发展,生物质能源的应用 逐渐趋于低谷.到20世纪70年代中期,由于中东战争引发的全球性能源危机,可再生能源,包括木质能源在内的开发 利用研究,重新引起了人们的重视.人们深刻认识到石油、煤、天然气等化石能源的资源有限性和环境污染问题.有 关资料介绍[1] ,根据现已探明的储量和需求推算,到21世纪中叶,世界石油、天然气资源可能枯竭,而煤炭的大量使用,不仅自身 贮量有限,而且由于燃烧产生大量的SO

2、CO2 等气体,严重污染环境.日益严重的环境问题,已引起国际社会的共同关注,环境问题与能源问题密切相关,成为当 今世界共同关注的焦点之一.有资料表明,化石燃料的使用是大气污染的主要原因. 酸雨 、 温室效应 等等都 已给人们赖以生存的地球带来了灾难性的后果.而使用大自然馈赠的生物质能,几乎不产生污染,使用过程中几乎没 有SO2产生,产生的CO2气体与植物生长过程中需要吸收大量CO2 在数量上保持平衡,被称之为CO2 中性的燃料.生物质能源可再生而不会枯竭,同时起着保护和改善生态环境的重要作用,是理想的可再生能源之一. 林业薪炭林和农作物秸杆同属于生物质能源.在目前世界的能源消耗中,生物质能耗占世界总能耗的14%,仅次于 石油、煤炭和天然气,位居第4位[2] .而在发展中国家,生物质能耗占有较大比重,达到50%以上. 我国是一个农业大国,农业人口占总人口70%以上,农村生活用能主要是依靠秸杆和薪材.据统计资料介绍,农村 总能耗的65%以上为生物质能,其中薪材消耗量约占总能耗的29%.为了解决农村用能紧缺的问题,我国正在大力发 展薪炭林,目前薪炭林总面积已达429万hm2 ,年产生物量达到2.2亿t左右[3] .生物质是一种可以与环境协调发展的能源,具有巨大的发展潜力.用包括生物质能在内的可再生能源,用现代技术 开发利用,对于建立可持续发展的能源体系,促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义.如何高效开发 利用,包括薪炭林在内的生物质能,已经历史地摆在我们面前. 2生物质能应用技术研究现状 2.1研究开发技术概况 生物质能的研究开发,主要有物理转换、化学转换、生物转换3大类.涉及到气化、液化、热解、固化和直接燃烧 等技术.生物质能转换技术及产品如图1所示. 页面

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6 2.1.1气化生物质能气化是指固体物质在高温条件下,与气化剂(空气、氧气和水蒸气)反应得到小分子可燃气体的过 程.所用气化剂不同,得到的气体燃料种类也不同,如空气煤气、小煤气、混合煤气以及蒸汽――氧气煤气等.目前 使用最广泛的是空气作为气化剂.产生的气体主要作为燃料,用于锅炉、民用炉灶、发电等场合,也可作为合成甲醇 的化工原料. 2.1.2液化液化是指通过化学方式将生物质转换成液体产品的过程.液化技术主要有间接液化和直接液化2类.间接 液化就是把生物质气化成气体后,再进一步合成反应成为液体产品;

或者采用水解法,把生物质中的纤维素、半纤维 素转化为多糖,然后再用生物技术发酵成为酒精.直接液化是把生物质放在高压设备中,添加适宜的催化剂,在一定 的工艺条件下反应,制成液化油,作为汽车用燃料,或进一步分离加工成化工产品.这类技术是生物质能的研究热点 . 2.1.3热解生物质在隔绝或少量供给氧气的条件下,加热分解的过程通常称之谓热解,这种热解过程所得产品主要有 气体、液体、固体3类产品.其比例根据不同的工艺条件而发生变化.最近国外研究开发了快速热解技术,即瞬时裂 解,制取液体燃料油[4].液化油得率以干物质计,可达70%以上.是一种很有开发前景的生物质应用技术. 2.1.4固化将生物质粉碎至一定的粒度,不添加粘接剂,在高压条件下,挤压成一定形状.其粘接力主要是靠挤压过 程产生的热量,使得生物质中木质素产生塑化粘接.成型物再进一步炭化制成木炭.现已开发成功的成型技术按成型 物形状划分主要有3大类:棒状成型、颗粒状成型和圆柱块状成型技术.解决了生物质能形状各异、堆积密度小且较 松散、运输和贮存使用不方便的问题,提高了生物质的使用热效率. 2.1.5直接燃烧直接燃烧是生物质最早被使用的传统方式.研究开发工作主要是着重于提高直接燃烧的热效率.如研 究开发直接用生物质的锅炉等用能设备. 2.2国外研究概况 [5] 20世纪70年代开始,生物质能的开发利用研究已成为世界性的热门研究课题.许多国家都制定了相应的开发研究计 划,如日本的阳光计划、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,纷纷投入大量的人力和资金 从事生物质能的研究开发. 生物质能利用研究开发工作,国外尤其是发达国家的科研人员作了大量的工作. 美国在生物质利用方面处于世界领先地位.据报道,美国有350多座生物质发电站,主要分布在纸浆、纸产品加工 厂和其它林产品加工厂,这些工厂大都位于郊区.发电装机总容量达700MW,提供了大约6.6万个工作岗位.据有关 科学家预测,到2010年,生物质发电 将达到13000MW装机容量,届时有16.2万hm2 的能源农作物和生物质剩余物作为气化发电的原料,同时可安排17万多就业人员.20世纪70年代研究开发了颗粒成型 页面

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6 燃料,该技术在美国、加拿大、日本等国得到推广应用.并研究开发了专门使用颗粒成型燃料的炉灶,用于家庭或暖 房取暖.在北美有50万户以上家庭使用这种专用取暖炉.美国的颗粒成型燃料,年产量达80万t. 奥地利成功地推行建立燃烧木质能源的区域供电计划,目前已有八九十个容量为1000~2000kW的区域供热站,年 供热10*109 MJ.加拿大有12个实验室和大学开展了生物质的气化技术研究.1998年8月发布了由Freel和BarryA申请的生物质循环 流化床快速热解技术和设备.瑞典和丹麦正在实行利用生物质进行热电联产的计划,使生物质能在提供高品位电能的 同时,满足供热的要求.1999年,瑞典地区供热和热电联产所消耗的能源中,26%是生物质能.加拿大用木质原料生 产的乙醇产量为每年17万t.比利时每年以甘蔗渣为原料制取的乙醇量达3.2万t........