生物质能源转换的研究以及发展现状
引言随着石油危机及温室气体减排呼声的日益高涨，寻找替代性清洁能源就成为化解能源危机和温室效应的最佳策略。由于生物质能作为一种化学态能，不仅能够发电、供热，而且还能转化为液态燃料和生物基产品，是唯一可大规模替代化石燃料的能源，主要发达国家的技术专家和决策者都非常重视生物质能产业的开发。近年来，伴随着针对生物质能产业创新而发生的“车人争粮”、“人道危机”、“环境’问题”等激烈论争，世界生物质能产业创新开始呈现出新的趋势和特点。分析追踪这些新趋势和新特点，不仅有助于我们理解生物质能产业创新的规律，理性地制定生物质能产业发展战略，而且有助于我们把握生物质能产业创新的社会约束条件，科学地探索适合中国特点的生物质能开发路径和模式。 1生物质能源
所谓生物质能源,是指以农林等有机废弃物和利用边际性土地种植的能源植物为原料,以农作物淀粉油脂作为调剂,生产的可再生清洁能源及相关化工产品,可以从农作物秸秆、甘蔗、玉米、甜菜、木薯、马铃薯、棉籽、油菜和林灌木等农林产品,以及畜牧业生产废弃物、工业弃气物、城市生活垃圾等有机废弃物中提取的能源,是一种对环境友好的可再生资源,如燃料乙醇、生物柴油、沼气等。而为此而生产和种植能源作物,产品是为了生产生物质能源的产业则为生物质产业,或叫能源农业。生物质产业近些年来在我国的发展即是农业新功能(提供生物质能源)的一个具体体现,同时也被寄予“现代农业新的增长点”的厚望,发展生物质产业已成为我国加快现代农业建设、发展农村循环经济的重大举措。
2发展预测
据对国内外生物质能利用技术研究与开发现状分析，结合我国现有技术和实际情况，今后我国生物质能利用技术将在以下方面发展： ①高效直接燃烧技术与设备。 ②集约化综合开发利用。 ③新技术开发。
④城市生活垃圾的开发利用。 ⑤能源植物的开发。
3生物能源转换
3．1．1生物燃料乙醇
秸秆首先成为被替代的对象，许多地区废弃秸秆量巳占总秸秆量的60％以上，利用高效生物质转换技术，将废弃的生物质资源转换为高品位的电能和可燃气，不仅可以提高农业产出，增加农民收入，减轻农民劳动强度，又可减少污染促进生态的良性循环。 3．1．2生物柴油
所谓生物柴油，是指利用各类动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等醇类物质经过交脂化
反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。花生、油菜籽等油料作物，以及动物油脂、废弃油渣等都可以用来炼制生物柴油。 3．2致密成型
生物质固化成型燃料是将作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后，送人成型器械中，在外力作用下，压缩成需要的形状。然后，作燃料直接燃烧，也可进一步加工，形成生物炭。目前，我国研究和开发出的生物质固化成型机也已应用于生产。生产的致密成型燃料，也巳应用于取暖和小型锅炉。经测定，该种燃料排放的污染物低于煤炭，是一种高效、洁净的可再生能源。
固化成型法与其它方法生产生物质能相比较，具有生产工艺、设备简单，易于操作，生产设备对各种原料的适应性强及固化成型的燃料便于贮运(可长时间存贮和长途运输)和易于实现产业化生产和大规模使用等特点。另外，对现有燃烧设备，包括锅炉、炉灶等，经简单改造即可使用。成型燃料使用起来方便，特别对我国北方高寒地区，炕灶是冬季主要的取暖形式，在广大农村有传统的使用习惯，成型燃料也易于被老百姓所接受。 3．3直接燃烧和发电
直接燃烧：直接燃烧大致可分为炉灶燃烧、锅炉燃烧、垃圾焚烧和致密成型燃料燃烧4种情况。
南方地区的许多糖厂利用甘蔗渣发电，广东、广西两省共有小型发电机组380台，总装机容量达800兆瓦，云南省也有一些此类发电厂。甘蔗渣电厂一般只在榨季运行。我国正在准备引进欧洲技术，建设秸秆、谷壳等生物质直接燃烧或生物质一煤混合燃烧发电的工业应用示范工程，目前巳完成项目可行性研究工作。
3．4生物质裂解与干馏
采用氧气或氧气一水蒸汽作为气化剂的工业中热值煤气发生工艺仍在进行研究。周期操作制备中热值煤气的小型民用装置常有报道。固体热载体循环生物质热解气化的示范工程正在运转。气化方面的研究重点在焦油的催化裂解、煤气高温除尘、联合循环发电等方面。
在高新技术生物质转化技术中，生物质快速热解制生物油技术成为研究开发的重点。在缺氧、反应温度在450℃-550℃范围，加热速率达每分钟几千度以及气相停留时间小于1秒的条件下，生物质可以转化成70％左右的液体产品，这种称之谓生物油的热解液体主要含有乙酸、低聚糖、酚类、氧化了的杂环化合物及醇类等。这种生物油热值约16MJ／kg，粘度40CSt，pH3．2左右，含灰分和硫分很低，经过初处理可以作为工业炉燃料，也可混合酒精作为燃气透平燃料，进一步精制提质，可以转化成车用液体燃料。
3．5生物质气化及发电
我国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。目前用于木材和省农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近900处，年生产生物质燃气2，400万立方米。兆瓦级生物质气化发电系统已经推广应用20多套，“十一五”期间，国家863计划持建设了6MW规模的生物质气化发电示范工程。2006年底全国生物质能发电累计装机容量220万kW，其中蔗渣热电联产170万kW，农林废弃物、农业沼气、垃圾直燃和填埋气发电50万kW。2006年，国家和地方发改委共核准39个生物质能直燃发电项目，合计装机容量128．4万kW，投资预计1亿元，2006年当年完成5．4万kW外，2006年完成生物质气化及垃圾填埋气发电3万kW，在建的还有9万盘形 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。
a．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。
b．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。
c．“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。
d．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：
a．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。 b．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。