生物質(zhì)能的開發(fā)與應(yīng)用

生物質(zhì)能的開發(fā)與應(yīng)用摘要：隨著化石燃料的短缺和其使用時(shí)產(chǎn)生的污染問題的加劇，生物質(zhì)能以其可再生、低污染、分布廣泛等特點(diǎn)，日益受到世界各國的重視。本篇論文從生物質(zhì)能的概念入手，綜合國內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀分析其優(yōu)勢、利用技術(shù)及開發(fā)研究前景。關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能優(yōu)勢利用開發(fā)21世紀(jì)被譽(yù)為是“生物能源時(shí)代”，是生物的世紀(jì),是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的新世紀(jì)?？沙掷m(xù)發(fā)展是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢所在，面對(duì)化石能源的枯竭和環(huán)境的污染,生物能源的開發(fā)利用為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了曙光。新能源之生物質(zhì)能研究背景當(dāng)代社會(huì)使用最廣泛的能源是煤炭、石油、天然氣和水力，特別是石油和天然氣的消耗量增長迅速，已占全世界能源消費(fèi)總量的60％左右。但是，石油和天然氣的儲(chǔ)量是有限的，許多專家預(yù)言，石油和天然氣資源將在40年、最多50—60年內(nèi)被耗盡，而煤炭資源雖然遠(yuǎn)比石油和天然氣資源豐富，但是直接應(yīng)用煤炭嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，為避免能源危機(jī)的出現(xiàn)，以化石能源為基礎(chǔ)的常規(guī)能源系統(tǒng)正逐步持久的、多樣化的、可以再生的新能源系統(tǒng)過渡。我國自然資源總量排世界第七位，能源資源總量約4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，居世界第三位。在能源領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)是：(1)人均能源資源占有量不足，且分布不均；(2)人均能源消費(fèi)量低，單位產(chǎn)值的能耗高；(3)能源構(gòu)成以煤為主；(4)工業(yè)部門消耗能源占有很大的比重；(5)農(nóng)村能源短缺，以生物質(zhì)能為主；(6)從能源安全角度考慮，我國能源面臨挑戰(zhàn)；(7)能源品種結(jié)構(gòu)不合理，優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)不足；(8)能源工業(yè)技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高；(9)節(jié)能提效工作亟待加強(qiáng)等。在眾多新能源中，生物質(zhì)能擁有其獨(dú)特的“至美”之處——既環(huán)保、安全?？稍偕?，在于它是可再生能源領(lǐng)域唯一可以轉(zhuǎn)化為液體燃料的能源。如甜高粱，不僅可以通過能量轉(zhuǎn)換替代化石液體燃料，保障能源安全，同時(shí)還能保障糧食安全，而且還能吸收二氧化碳，加工過程中無污染，原料得以物盡其用。雖然現(xiàn)階段生物能源的開發(fā)利用處于起步階段,生物能源在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中所占的比例還很小，但是其發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒俊Ｉ镔|(zhì)能概論生物質(zhì)是指通過光合作用而形成的各種有機(jī)體，包括所有的動(dòng)植物和微生物。而所謂生物質(zhì)能，就是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時(shí)也是唯一一種可再生的碳源。生物質(zhì)能的原始能量來源于太陽，所以從廣義上講，生物質(zhì)能是太陽能的一種表現(xiàn)形式。目前，很多國家都在積極研究和開發(fā)利用生物質(zhì)能。生物質(zhì)能蘊(yùn)藏在植物、動(dòng)物和微生物等可以生長的有機(jī)物中，它是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。地球上的生物質(zhì)能資源較為豐富，而且是一種無害的能源。地球每年經(jīng)光合作用產(chǎn)生的物質(zhì)有1730億噸，其中蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全世界能源消耗總量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭、石油和天然氣。根據(jù)生物學(xué)家估算,地球陸地每年生產(chǎn)1000～1250億噸生物質(zhì);海洋年生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全世界總能源需求量,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源到2010年可達(dá)3億噸。隨著農(nóng)林業(yè)的發(fā)展,特別是炭薪林的推廣,生物質(zhì)資源還將越來越多。生物質(zhì)能利用現(xiàn)狀、利用技術(shù)國外生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀：國外的生物質(zhì)能技術(shù)和裝置多已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用程度，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化產(chǎn)業(yè)經(jīng)營，以美國、瑞典和奧地利三國為例，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高品位能源利用已具有相當(dāng)可觀的規(guī)模，分別占該國一次能源消耗量的4％、16％和10％。在美國，生物質(zhì)能發(fā)電的總裝機(jī)容量已超過10000兆瓦，單機(jī)容量達(dá)10～25兆瓦；美國紐約的斯塔藤垃圾處理站投資2000萬美元，采用濕法處理垃圾，回收沼氣，用于發(fā)電，同時(shí)生產(chǎn)肥料。巴西是乙醇燃料開發(fā)應(yīng)用最有特色的國家，實(shí)施了世界上規(guī)模最大的乙醇開發(fā)計(jì)劃，目前乙醇燃料已占該國汽車燃料消費(fèi)量的50％以上。美國開發(fā)出利用纖維素廢料生產(chǎn)酒精的技術(shù)，建立了1兆瓦的稻殼發(fā)電示范工程，年產(chǎn)酒精2500噸。國內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)展現(xiàn)狀：國家科委已連續(xù)在三個(gè)國家五年計(jì)劃中將生物質(zhì)能技術(shù)的研究與應(yīng)用列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目。在此背景下，涌現(xiàn)出了一大批優(yōu)秀的科研成果：2006年底全國已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料；中國已經(jīng)開發(fā)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(chǎn)燃?xì)狻?006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺(tái)，村鎮(zhèn)級(jí)秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃?xì)?,000萬立方米。盡管今年來取得了一些成就，在我國現(xiàn)實(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中，還存在一些消極因素制約著生物質(zhì)能的發(fā)展和應(yīng)用：1.市場環(huán)境和保障機(jī)制不夠完善資源評(píng)價(jià)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品檢測和認(rèn)證等體系不完善；2.資源分散，收集手段落后，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢；3.利用裝備技術(shù)含量低；4.缺乏專門扶持生物質(zhì)能源發(fā)展，鼓勵(lì)生產(chǎn)和消費(fèi)生物質(zhì)能源的政策；5.生物質(zhì)能源與農(nóng)業(yè)、林業(yè)在資源使用上不協(xié)調(diào)等等。（四）我國生物質(zhì)能發(fā)展前景、研究方向生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實(shí)現(xiàn)能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足農(nóng)民富裕后對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時(shí)也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。由于中國地廣人多，常規(guī)能源不可能完全滿足廣大農(nóng)村日益增長的需求，而且由于國際上正在制定各種有關(guān)環(huán)境問題的公約，限制二氧化碳等溫室氣體排放，這對(duì)以煤炭為主的我國是很不利的。因此，立足于農(nóng)村現(xiàn)有的生物質(zhì)資源，研究新型轉(zhuǎn)換技術(shù)，開發(fā)新型裝備既是農(nóng)村發(fā)展的迫切需要，又是減少排放、保護(hù)環(huán)境、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。今后生物質(zhì)能的發(fā)展可重點(diǎn)考慮直接燃燒（生物質(zhì)的直接燃燒在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍將是我國生物質(zhì)能利用的主要方式）、熱化學(xué)轉(zhuǎn)換和生物化學(xué)轉(zhuǎn)換等3種途徑：當(dāng)前改造熱效率僅為10%左右的傳統(tǒng)燒柴灶，推廣效率可達(dá)20%-30%的節(jié)柴灶這種技術(shù)簡單、易于推廣、效益明顯的節(jié)能措施，被國家列為農(nóng)村新能源建設(shè)的重點(diǎn)任務(wù)之一；生物質(zhì)的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換：在一定的溫度和條件下，使生物質(zhì)汽化、炭化、熱解和催化液化，以生產(chǎn)氣態(tài)燃料、液態(tài)燃料和化學(xué)物質(zhì)的技術(shù)；生物質(zhì)的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換：包括有生物質(zhì)-沼氣轉(zhuǎn)換和生物質(zhì)-乙醇轉(zhuǎn)換等。沼氣轉(zhuǎn)化是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，通過微生物發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性混合氣體即沼氣、乙醇轉(zhuǎn)換是利用糖質(zhì)、淀粉和纖維素等原料經(jīng)發(fā)酵制成乙醇。此外，在不斷突破、優(yōu)化現(xiàn)有利用技術(shù)同時(shí)，還可以利用生物質(zhì)能特有的優(yōu)勢創(chuàng)新，如生物質(zhì)能的新利用——脂肪燃料快艇：貝修恩利用人類脂肪轉(zhuǎn)化成的生物燃料作為“地球競賽號(hào)”的動(dòng)力來源，將百分之百采用生物燃料完成一次環(huán)游世界的環(huán)保之旅。（無）生物質(zhì)能開發(fā)與利用的意義生物質(zhì)能的載體是有機(jī)物，所以這種能源是以實(shí)物的形式存在的，是唯一一種可儲(chǔ)存和可運(yùn)輸?shù)目稍偕茉础６宜植甲顝V,不受天氣和自然條件的限制，只要有生命的地方即有生物質(zhì)存在。從利用方式上看，生物質(zhì)能與煤、石油內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性相似，可以采用相同或相近的技術(shù)進(jìn)行處理和利用，利用技術(shù)的開發(fā)與推廣難度比較低。另外，生物質(zhì)可以通過一定的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，除了轉(zhuǎn)化為電力外，還可生成油料、燃?xì)饣蚬腆w燃料，直接應(yīng)用于汽車等運(yùn)輸機(jī)械或用于柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐等常規(guī)熱力設(shè)備，幾乎可以應(yīng)用于目前人類工業(yè)生產(chǎn)或社會(huì)生活的各個(gè)方面，所以在所有新能源中，生物質(zhì)能與現(xiàn)代的工業(yè)化技術(shù)和目前的現(xiàn)代化生活有最大的兼容性，它在不必對(duì)已有的工業(yè)技術(shù)做任何改進(jìn)的前提下即可以替代常規(guī)能源，對(duì)常規(guī)能源有很大的替代能力，這些都是今后生物質(zhì)能發(fā)揮重要作用的依據(jù)。我國是一個(gè)人口大國，又是一個(gè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的國家，21世紀(jì)將面臨著經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)不僅能夠大大加快村鎮(zhèn)居民實(shí)現(xiàn)能源現(xiàn)代化進(jìn)程，滿足農(nóng)民富裕后對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的迫切需求，同時(shí)也可在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。作為唯一的一種可再生的碳源，生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量第四位的能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計(jì)，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀(jì)中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40％以上。參考文獻(xiàn)1：高飛，綠色能源之風(fēng)能，電器工業(yè)，2002肖桂壽.節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)，1988，（2）3.高進(jìn)偉，李海鳳.生物能利用技術(shù)探討，能源研究與信息2003,19，（4）4.張無敵,宋洪川,錢衛(wèi)芳,秦素梅