国外生物质能的开发利用有哪些

中国石化在生物航煤、燃料乙醇、生物柴油、微藻、生物质润滑材料等领域都有贡献和突破。

生物航煤首次商业载客飞行成功

生物航煤的成功研制和应用，可谓“时势造英雄”。2011年，欧盟计划从2012年起针对在其境内飞行的飞机征收环保税。根据相关部门提出2012年研制成功生物航煤的要求，石科院从2011年起，用半年时间完成研究阶段任务，确保1年之内研发出生物航煤生产技术并在工业装置上生产出生物航煤。今年3月，海南航空使用中国石化自主研发的生物航煤，首次商业载客飞行成功，标志着国产生物航煤正式进入商业化应用阶段。

我国燃料乙醇产业大发展也是“时势所逼”——多年前我国亟待处理东北地区“陈化粮”，不得不另辟蹊径，部分用来炼制乙醇汽油。

石科院车用乙醇汽油领域专家张永光透露，经过10多年产业建设，当前河南、安徽等10个省份已推广燃料乙醇，其中5个省份100%使用掺混10%比例燃料乙醇的汽油，中国石化、中国石油分别与地方企业在东南沿海建设的多个乙醇厂正在兴建。

燃料乙醇产业链形成，生产规模逐年扩大，“陈化粮”原料却已用尽，怎么办？“我们着力建设‘糖平台’，集中处理各类原料并转化为生产燃料乙醇的糖类。2008年，中国石化参与投资建设广西20万吨/年木薯为原料的燃料乙醇厂投产。”张永光说。

据悉，上述非食用木薯可以在滩涂、盐碱地等不宜耕作地区生长，一株植株能产出25千克木薯。如今，原本被东南亚地区视为废物的木薯成了香饽饽，促进了这些种植地区的经济发展。

废弃地沟油变成生物柴油

我国每年产出大量的餐厨垃圾，其中包含的地沟油，如果全部收集起来达500万吨。

如何利用好废弃地沟油？石科院成功开发超临界甲醇醇解生产生物柴油的成套技术（SRCA技术）。该技术原料适应性强，可直接加工废弃油脂，原料利用率高，产品质量满足国家生物柴油质量标准要求。第一代SRCA生物柴油技术于2009年在海南建成6万吨/年生物柴油国家级工业示范装置，并一次性开车成功。

此后开发更先进的第二代生物柴油技术（SRCA-II）正在推向工业化应用。

2000年以来，世界生物柴油产业蓬勃发展。中国生物柴油产业由于缺乏特色原料的支持，发展艰难，一大批以废弃油脂为原料建设的生物柴油厂，因为缺乏适宜的产业政策支持而难以推广到应用市场，经营难以为继。

石科院生物柴油专家杜泽学呼吁，相关部门应该参照乙醇汽油产业政策给予生物柴油适当的补贴政策，加大市场监管力度，加大宣传力度，提高公众对生物质燃料的认可度。

微藻被用来生产油品等高附加值产品

1年可以收获7次，干藻含油量在20%～30%，可在滩涂、荒漠、戈壁等地区用废气、废水养殖……微藻，一种肉眼看不到的单细胞藻类，有望开启石化行业节能减排、生物质高附加值产业的绿色之门。

“发展生物质能源要从源头上解决原料问题。”微藻研究始于2010年闵恩泽院士的倡议，随后研究领域往前后延伸，突破单一产油的藩篱。目前，石科院研发的微藻脱硝组合工艺尝试把石化企业烟气所含的氮氧化物当作微藻“饲料”，一方面支撑石化企业绿色升级，另一方面用微藻生产油品、保健品、化妆品、饲料添加剂等高附加值产品。

今年，石科院组织完成国内首个产油微藻藻种库建设，入库的90株产油微藻是从我国南方淡水区、西北沙漠地带、所属海域等代表性水域采集的1000余株微藻中遴选的含油品种；完成大规模养殖微藻的技术储备，并将微藻脱硝组合工艺技术推向中试规模，为微藻生物技术的实用化奠定基础。

生物质润滑剂助推环保施工

“矿物油为基础的润滑剂进入自然界，对地下水产生影响，而生物质润滑剂具有良好的可降解性，在生物降解的标准试验中，生物质润滑剂20多天就可完全降解。”石科院生物质润滑剂领域专家段庆华专家说。

润滑剂在农业收割机、城市地铁建设、水上运输工具等领域使用广泛，容易进入自然界，可能对环境造成污染，使用生物可降解润滑剂非常必要。

石科院研究人员主要采取脂肪酸改性等手段，改变材料的低温性能及提高其抗氧化安定性、水解安定性，研制的液压油生物降解率超过90%，热轧油具有生物可降解性，润滑脂氧化安定性较好，抗磨添加剂具有抗磨性、减摩性、降凝性和分散性。目前，采棉机润滑剂、热轧油已实现工业生产，并在棉花采收机等农用机械和热轧装置等钢铁行业应用。

段庆华预测，生物质润滑材料3年内有望在城市地铁施工项目推广，5年内有望在农用联合收割机、水上交通工具等领域推广。

1．我国的生物质能资源情况

我国拥有丰富的生物质能资源，据测算，我国理论生物质能资源50×108t左右，是我国目前总能耗的4倍。生物质能资源按原料的化学性质分，主要为糖类、淀粉和木质纤维素类。按原料来源分，则主要包括以下几类：（1）农业生产废弃物，主要为作物秸秆。（2）薪柴、枝丫柴和柴草。（3）农林加工废弃物，木屑、谷壳和果壳。（4）人畜粪便和生活有机垃圾等。（5）工业有机废弃物、有机废水和废渣等。（6）能源植物，包括所有可作为能源用途的农作物、林木和水生植物资源等。其中来源最广、储量最大、利用前景最可观的是农业生物质和林业生物质这两大类。

1）农业生物质

农业生物质资源包括农产品加工废弃物和农作物秸秆，如图7.13所示。农产品加工废弃物有花生壳、玉米芯、稻壳和甘蔗渣等；农作物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆和玉米秸秆等。据统计，我国各地区主要农业生物质的可利用总量约为5.6×108t，排名前三的地区分别是山东、河南、河北，而秸秆类农业生物质资源利用的主要方向为24%用于饲用，15%用于还田，2.3%用于工业，剩余的约60%用于露地燃烧或薪柴。因此，我国的农业生物质资源的应用潜力非常大。

图7.13　农业生物质

2）林业生物质

我国现有森林面积约1.95×108hm2，林业生物质总量超过180×108t，其中可利用的林业生物质资源有以下三类：一类是木本淀粉类资源，如栎类、果实、橡子等；二类是木本油料资源，如油桐、油茶、黄连木、文冠果、麻疯树等；三类是木质燃料资源，如灌木林、薪炭林、林业“三剩物”等。而且，我国还有近4000×104hm2的宜林荒山、荒地可用于种植能源林，还有近600×104hm2疏林地和5000×104hm2郁闭度（指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度）低于0.4的低产林地可用于改造。

目前世界上已有20多个国家在种植“柴油树”。我国河北省武安市马家庄乡连绵起伏的青山上，满山遍野生长着枝繁叶茂的黄连木树，这种树木的果实可以提炼柴油，当地群众将它称为“柴油树”。现在武安市共有这样的“柴油树”10万亩，年提炼柴油产量可达1000×104kg。据介绍，到2012年，武安市计划将“柴油树”发展到20万亩，年产柴油量达到2000×104kg。

2．生物质能资源的利用

主要应用在生物乙醇、生物柴油、生物质固体成型燃料和生物质能发电行业。

1）生物乙醇的应用

生物乙醇是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精。它可以单独或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料。我国生产生物乙醇的原料有甘蔗、甜高粱、木薯等高能品种，并建立了年产能力达5000t的甜高粱茎秆生产乙醇的工业示范装置。因传统粮食生产乙醇价格昂贵，为降低生产成本，我国已转向对微生物混合发酵法的研发。国家发展和改革委员会称，到2020年，我国15%生物质燃料将应用在汽车、轮船等行业。

2）生物柴油的应用

可从动植物油，如大豆、油菜、动物油脂以及餐饮垃圾中提炼生物柴油，因其环保性、润滑性、安全性能良好，可与石化柴油混合作为燃料。2005年6月，我国使用自主研发的生物酶法生产生物柴油，技术指标达到欧美生物柴油标准，标志着我国生物柴油研究取得了突破性进展。2010年生物柴油产能达300×104t/年，主要用于交通运输行业。我国提出了在2020年，生物柴油产能达200×104t的目标，已在海南建立了6×104t/年装置，产量居我国首位。

3）生物质固体成型燃料的应用

生物质固体成型燃料是将城市垃圾或农林废弃物，通过外力作用，压缩成型来增加其密度的可燃物质，具有高效、清洁、无污染等优点。图7.14为生物质捆装压缩示意图。我国的生物质成型燃料生产设备有螺旋挤压式、活塞冲压式、模辊碾压式，燃料形状主要有块状、棒状、颗粒状三种。北京奥科瑞丰公司生物质固体成型燃料年产量为60×104t，居全国首位，主要应用在直接燃烧取暖与工业锅炉等方面。

图7.14　生物质捆装压缩

4）生物质能发电的应用

生物质能发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，是可再生能源发电的一种，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。为推动生物质能发电技术的发展，2003年以来，国家先后核准批复了河北晋州、山东单县和江苏如东三个秸秆发电示范项目，颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，并实施了生物质能发电优惠上网电价等有关配套政策，从而使生物质能发电，特别是秸秆发电迅速发展。

2008年，蒙牛建成全球最大的生物质能沼气发电厂，得到联合国开发计划署环保基金的大力支持。图7.15为蒙牛生物质能沼气发电厂。

图7.15　蒙牛的全球最大生物质能沼气发电厂

3．生物质能开发利用的主要技术

生物质能开发利用在目前阶段的主要技术有三大类：物理转化、化学转化和生物转化。涉及压缩成型、气化、液化、热解、发酵、水解等具体技术，具体情况如图7.16所示。

1）物理转化

生物质的物理转化是将农林废弃物，如秸秆、锯屑、稻壳、蔗渣等，干燥后在一定压力的作用下，压制成棒状、粒状、块状的成型燃料或饲料。农林废弃物主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，生物质压缩成型主要是靠木质素的胶结作用。木质素为光合作用形成的天然聚合体，具有复杂的三维结构，是高分子物质，在植物中含量约为15%～30%。当温度达到70～100℃时，木质素开始软化并具有一定的黏度，当温度达到200～300℃时，木质素呈熔融状态，黏度变高，此时施加一定压力就能使木质素与纤维素黏结，使植物体积大量减少，密度显著增加，取消外力后，由于非弹性的纤维分子间的相互缠绕，其仍能保持给定形状，冷却后强度进一步增加，大大降低农林废弃物的体积，便于运输和储存。

图7.16　生物质能开发利用的主要技术

2）化学转化

生物质的化学转化涉及气化、液化和热解等三个方面。

（1）气化：

生物质气化是指在一定的温度条件下，借助氧气或水蒸气的作用，使高聚合的生物质发生热解、氧化、还原等反应，最终转化为CO，H2和低分子烃类等可燃气体的过程。在我国，应用生物质气化技术最广的领域是生物质气化发电（BGPG）。生物质气化发电的成本约为0.2～0.3元/（kW·h），已经接近或优于常规发电，其单位投资约为3500～4000元/kW，仅为煤电的60%～70%，具备进入市场竞争的条件，发展前景非常广阔。

（2）液化：

生物质液化技术是指在高温高压的条件下，进行生物质热化学转化的过程。通过液化，可将生物质转化成高热值的液体产物，即将固态的大分子有机聚合物转化成液态的小分子有机物，生物柴油就是利用生物质液化技术生产出的可再生燃料。油料作物如大豆、油菜、棕榈等在酸性或碱性催化剂和高温的作用下发生酯交换反应，生产相应脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥后得到生物柴油。与传统的石化能源相比，其硫和芳烃含量低，十六烷值高，闪点高，具有良好的润滑性，可添加到化石柴油中。

（3）热解：

生物质热解是指利用热能将生物质的大分子打断，从而转化为含碳原子数目较少的低分子化合物的过程，即生物质在完全缺氧条件下，经加热或不完全燃烧后，最终转化成高能量密度的气体、液体和固体产物的过程，而木炭就是利用生物质热解技术生产出的重要产物。木炭产品包括白炭、黑炭、活性炭、机制炭四大类，其中应用范围最广的是活性炭。活性炭是具有发达孔隙结构、强吸附力、比表面积巨大等一系列优点的木炭。在我国，活性炭广泛应用于葡萄糖、味精和医药等产业的生产。

3）生物转化

生物转化技术是指依靠微生物发酵或者酶法水解作用，对生物质进行生物转化，生产出乙醇、氢、甲烷等液体或气体燃料的技术。生物转化的生物质原料包括淀粉和木质纤维素两大类。玉米、木薯、小麦等淀粉类粮食作物是生物转化的主体，但是以农作物为原料转化的产品成本较高，且易受土地和人口的因素限制，产量无法大幅度增加。因此以廉价的农作物废料等木质纤维素为原料的生物转化技术才是解决能源危机的有效途径。然而，木质纤维素的结构和组分与淀粉类原料有很大的不同，解决高效、低成本降解木质纤维素原料的问题是木质纤维素转化产物取代化石燃料的根本途径。

(1) 制取沼气。主要是利用城乡有机垃圾、秸杆、水、人畜粪便，通过厌氧消化产生可燃气体甲烷，供生活、生产之用。

(2) 利用生物质制取酒精。当前的世界能源结构中，生物质能所占比重微乎其微。

(3) 利用农作物的秸秆，直接燃烧发电。即秸秆发电厂。通常分为黄色秸秆（如小麦秸秆等）和灰色秸秆（如：棉花秸秆、果木秸秆、枝条等）。

生物质能是最具发展潜力的可再生资源。按照能源当量计算，生物质能仅次于煤炭、石油、天然气，位列第四，是国际社会公认的能够缓解能源危机的有效资源和最佳替代方式。

2010年我国已成为全球第一能源消费大国。能源结构调整中将优先发展可再生能源，生物质能由于其多种天然优势已成为可再生能源中发展前景最明朗的能源。

据前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业产销需求与投资预测分析报告》监测数据显示，2010年生物质电厂累计投资总额586亿元，较上年增长29.60%。

比较有实力的公司主要有：浙江富春江环保热电股份有限公司、中国环境保护公司、杭州锦江集团有限公司、南海发展股份有限公司、桑德环境资源股份有限公司

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