可再生能源概论的问题

你好，能够在明尼苏达大学留学当然是很好的。下面是一些关于明尼苏达大学的留学生的一些介绍，希望对你有帮助，望采纳。

………………

我本科就读于明大化工系，故请允许我擅自偷换一下概念，将讨论的话题转入到在明大化工系就读是个怎样的体验，写点个人之愚见，聊作补充。

作为明大的王牌专业之一，明大化工系在全美享有盛誉。事实上，明大是真正意义上的现代化学工业的发源地。化学工业起步和繁荣于石油的炼制，并从人造橡胶、化纤、聚乙烯等高分子材料的发明和工业化起开始大跨越式发展。然而，直到上世纪50年代以前，人们对化工领域的认识基本来自于纯经验，极少有系统性的理论被发掘出来用于解释化工中普遍存在的传热、传质和流体力学现象。当时，许多大学虽已成立化工系，但从课程的设置到教学方法均基本照搬照抄化学系，完全不能算是一门独立的工程学科。1950年代后，明大化工系Neal Amundson教授首次将数学方法引入到化工上来，从而开辟了作为一个独立学科而存在的化工的新纪元，同时也奠定了明大在化工领域中的地位。他建立的许多著名理论和模型已成为全世界任何一本化工传质或反应工程教材的经典章节，如固定床吸附/反应中溶质/催化剂的扩散现象（即著名的Lapidus-Amundson模型）[10]、非等温连续搅拌反应器（Non-isothermal CSTR）的多重稳态等[11]。Amundson教授同时是一位独具慧眼的伯乐。在他担任化工系系长的任内，聘用了许多后来的大牛，如Rutherford Aris, Lanny Schimdt, Edward Cussler, Kenneth Keller, Chris Macosko等等（这些都是用Wikipedia能搜到词条的人）[4]。在这些前辈们的合力下，明大化工系在上世纪60-80年代成为当之无愧的全美第一，而Amundson也因为他卓越的贡献被后人称为"现代化工之父"[5]。历经岁月，由于种种客观原因（严酷的自然环境以及作为公立大学没有私校有钱等），化工系排名有所下滑，但根据最新公布的US News的权威排名，明大化工系排名仅次于麻省理工学院，与加州理工学院和加州大学伯克利并列全美第二[9]。她仍拥有众多世界顶尖的教授，包括7名美国科学院/工程院院士，以及充沛的科研经费和强大的科研实力。

那么在这样的一个我们称之为具有"优秀传统和光明前途（a heritage of excellence and a promising future）"的系就读究竟是什么样的感觉呢？这是一个很难用三言两语回答的问题。我愿意开一个头，仅作抛砖引玉之用。

首先是课程的高强度、高难度和整个专业的高淘汰率。在本科课程的设置上，化工系延续了自身在传统化工领域（即传递过程和反应工程）上的优势和重视理论研究的特点。如化工系学生的第一门入门课CHEN 2001: 物料与能量衡算，是直接从线性分析和自由度分析开讲的。每年上这门课的人都会遇到一道作业题，是对一套复杂的化工生产装置所进进出出的几十种物料做物料衡算，我们那年最后得到了一个67乘67的矩阵，并要求我们求解这个67乘67的线性系统。我还记得当时我腾出了一整天的时间，什么也不干，就埋头在电脑前一遍遍地算，光是把coefficient矩阵的4489个elements准确输入到MATLAB里，就花了几个小时的功夫。最后求解的时候毫无意外地出了bug，只好又是debug又是做自由度分析看是不是矩阵线性相关了有木有！这门课的midterm也是巨难，许多人拿了0分，更多人则不堪打击，直接退出了化工系。据估计这门课中途退选及挂科需要重修的人占到了总人数的近一半。课堂纪律也是十分严明，上课期间要求绝对安静，连举手问教授问题或问旁边同学问题也是不被允许的，因为这会拖慢课堂进度。我记得有一次一个坐在前排的同学在上课途中从裤袋里拿出了手机（貌似只是看了看时间），教授不由分说冲上来，一把抽出同学手里的手机，直接往他的脸上重重一甩，并令他"马上出去（get out）"。这种在别人看来属于极度不尊重学生的侮辱行为，在化工系似乎已经司空见惯。这或许要归结于系里教授承受的巨大的教学和科研压力。

那次作业后，大家画了这样的暴漫以示纪念。

&ltimg src="https://pic2.zhimg.com/50/888e7580907555fb6a12010ff4002b6e_hd.jpg" data-rawwidth="500" data-rawheight="375" width="500" data-original="https://pic2.zhimg.com/888e7580907555fb6a12010ff4002b6e_r.jpg"&gt

大三开始，节奏陡然紧凑起来，常常是连续从上午八点一直上到下午两点而没有午饭时间，像我这样的人中途下课基本都不会离开自己的座位，因为前面的教授基本都会拖堂，而后面的教授还要提前开讲，短短15分钟休息时间基本就剩不下多少。传递过程是由美国工程院院士、原美国化学工程师学会主席、著名的传质学泰斗Edward Cussler教授主讲，他风趣幽默、学识渊博，为了讲授流体在粘滞层中的流动可以不顾自己70多岁的身体，趴在地上，嘴里说着“Imagine I am a particle...”，也时常讲到兴起处，一个健步跨过讲台，爬上前排学生的桌子继续讲课。记得有一次，他为了向我们形象地讲述湍流时流体的运动形态，特地搬来了一幅家里藏着的一幅现代派油画（上面的混乱笔触很像流体湍流时的样子），讲着讲着讲到了这幅画的历史，不禁声泪俱下（这幅画是他的叔叔买的，他的叔叔在二战时被关押在奥斯维辛集中营并被残忍杀害）。可以说，他的授课不仅充满了知识的闪光，更有人文的熏陶。不只我一个人发自内心地坚信，上他的课是一种无与伦比的享受。曾经在rate my professor上看到一个关于Cussler教授的评语，说“其实，不管用什么方法讲授，传递过程都是化工里最难最复杂的学科，Cussler教授的考试和作业也很变态，我也没能够最终拿到一个好成绩，但这一切都不能改变我对教授的崇拜和认为他是明大最好的教授的看法”。Cussler先生是我本科遇到过的最好的教授没有之一。我在此祝愿他身体健康。

化工热力学由David Morse教授讲授，他曾在哥本哈根大学担任著名的Gauss Professor，故而上课时会不时冒出些德语。他也是个不折不扣的机关枪，讲起话来写起板书来速度极快，我们只有埋头抄笔记，整节课没有丝毫空闲。我们班曾有学生在他的课堂上用活动圆珠笔做笔记，因为写得实在太快，突然笔里面的弹簧飞出去了，整个笔也散了。曾有人在他的某堂课上计算，当课进行到一半的时候（25分钟），Morse教授一共用了19块黑板（包括擦了再用的，一块黑板和国内高中教室的黑板一样大），这人实在按捺不住内心的“激动”偷偷发了一条朋友圈，结果在朋友圈的最后写道“趁着编辑朋友圈的功夫已经写到第21块黑板了”。但不得不说，他的课严谨而充实，许多知识点我们都进行了难度上的加深和广度上的拓展，我后来在别的学校上研究生级别的化工热力学时，发现很多东西Morse教授已经讲过了，比如在对departure function、Legendre transform等的讨论时，他已经站在了很高的高度。

明大化工系的本科生课程，均由系里相关领域最好的教授担任主讲。在我本科四年当中，有幸能被系里所有6名美国两院院士教过。其中包括：时任化工系系长，著名的嵌段共聚物（block copolymer）领域大牛Frank Bates教授担任了材料科学导论的主讲；传质领域特别是中空纤维膜（hollow fiber membrane）领域的大牛Edward Cussler教授担任了传递过程和过程控制两门课的主讲；反应闪蒸过程和毫秒反应器的发明者，同时也是可再生能源领域的领军人物Lanny Schmidt教授担任了可再生能源概论的主讲；流变学泰斗，《大分子》杂志和《Langmuir》杂志的编委之一的Chris Macosko教授担任了化工导论的主讲之一。除此之外，与其它学校通常由研究生助教带小型讨论课所不同的是，明大化工系的讨论课也时常由教授们主讲。例如我的材料工程导论的小课便仍由系长Bates教授主讲，传递过程和过程控制的讨论课也是由Cussler教授主讲。理论上来说，只要没有时间上的冲突，所有化工系的课程你都可以选择主讲教授担任你的讨论课主讲。

不过要说最变态的课程，就要数明大化工系的王牌课——单元操作实验了。在我们上这门课（应该说是两门，两个学期上，分初级和高级）之前，就已经从学长学姐那听说了无数关于这门课恐怖的传言，如挂人率巨高，实验报告平均分巨低，教授巨变态等。但当我们真正开始上这门课时，才真正意识到我们绝非危言耸听。课程大纲和第一个实验的准备材料通常在离开学还有一个月时就发邮件通知学生了，三人一组，每组进行实验的时间和顺序都不尽相同，有些运气不好的组开学第一天就要做实验。有些组员相互间都不认识，这就逼迫着组员不得不缩短寒暑假，提前回学校meeting。由于一个实验只有两次机会，而教授对单元操作设备的构造和实验具体步骤绝对保密，需要大家进实验室后自己临时figure out，导致我们必须做到一次成功，故而前期准备工作显得尤为重要，需要我们将所有可能出现的状况和应对方法都事先考虑清楚，并将一次实验中的时间分配精确到分钟。整个大三下和大四上两学期，我平均每天的睡眠时间小于5小时，并和其他一百多位同学一样，至少有20天彻夜不眠写报告。如果你在凌晨4点走进明大任何一个理工学院的机房，你会发现基本上只有化工系的同学在里面苦逼。大家一起奋斗，为了报告不吃不喝不睡的拼劲，现在想起来，还挺值得回味的。单单讲这门课的变态，我能开一个讲座讲三天三夜。随便举几个小例子吧：

1. 平均每篇报告的页数是50-70页，词数1万词以上。满分200分，最惨烈的精馏塔实验报告，平均分只有50/200，作为负责放大设计的planner，经常出现写了十几页拿0分的情况。这课开了几十年，培养了几千人，但没人知道某个实验真正应该怎么做，因为教授从来不公布正确的design方法或实验步骤！包括已经毕业的我，还不知道到底某个实验应该如何scale up。导致这种怪象发生的原因有很多，但最主要的原因在于每个实验的独立变量和控制变量太多，实验时可能出现的突发状况也太多，因此同一个实验可以有无数种做法，全凭小组自己根据实际情况优化。比如，某组在摸清管路、引流、调阀以达到稳态等前期工作上若花时间过多，以至超出了实验前小组通过要径法（CPM）讨论出的时间，那么在这时候，作为整个实验决策核心的planner就需要和负责具体操作的experimenter进行沟通，在弄清实验和取样顺序条件下，临时调整实验进度，有时不得不在权衡利弊后冒险放弃某些取样和数据点。甚至有些实验，同一个组用同样方法上午做和下午做，结果也会不一样（实验室的室温和室压对某些实验影响颇大）。这一切都需要我们自己进实验室之后摸索，教授事先不会透露半点信息。

这是我们9个实验的其中一个——“精馏塔”的工艺流程图（PFD）。这张PFD是由我们进入实验后经过细致比对确认后自己画出来的。上面的阀门全部由手动控制，一个小小的失误就会导致整个系统稳态的打破。当我看到全美其它化工top10学校的实验都是由DCS自动控制，学生只需要按一个键然后记录数据就可以完成实验的时候，不由得哀吾生之多艰。

2. 负责这门课的总教授（是的，这门课由6个教授联合执教，足见其分量之重）会经常在大家做实验的时候过来巡视。为了尽可能模拟化工厂出现的各种突发状况，他会在巡视过程中，趁人不注意把某个阀门关掉，从而人为破坏了系统稳态，以考验小组处理突发状况的应变能力。有些实验本身系统稳态就很难达到（坑爹的双效蒸发！！！），阀门又多，还隐藏在各种角落（双效蒸发有63个阀！），教授只要动其中任何一个阀，稳态就被打破了，物料和能量都不平衡了，整个实验就废了。但教授总是乐此不疲。后面大家学乖了，每次只要教授一进来，所有人放下手中的活盯着教授的手，教授走到哪人就跟到哪，以防他又碰某个阀。后来把教授都惹毛了，放下狠话：“我以后都不会再管你们了，即使爆炸了也不关我的事，你们自求多福。”

3. Presentation是这门课的重要组成部分，主要是向教授汇报本小组对该次实验的理论认识（如涉及到的化工原理知识）、初定的实验步骤、以及自己的CPM（精确到小组里每个人）。但实际上，不论准备多么充分，每次presentation的主题只有一个，那就是被教授和助教骂...教授骂什么的都有，学期第一次汇报的时候，教授一般会说“你们做的是bullshit，赶紧退课吧，不要在化工系待了”；学期中的时候，教授则会说“你们做的是bullshit，赶紧退课吧，否则你们三个人都得挂”。即便如此，我们还是必须尽全力准备，否则教授甚至可能当面扔东西摔门而走。因为如此，几乎每年都会有学生因为连续准备某次实验的presentation连续几天不吃不喝不睡结果在presentation的时候晕倒送医的事情发生。我们这届是一个越南女生，上午晕倒下午还要继续做下一个实验，她向教授请示能否不做，教授回复说“你如果不做，这门课就直接不及格”，她于是不得不抱恙进入实验室做实验。期间她又头晕了，连助教都看不下去了，招呼她悄悄到实验室的非实验区域吃一个苹果以缓解症状。结果她还是被教授发现了，教授明确表示：“No food or drink is allowed in the lab，如果你要吃，请你出去。”

4. 因为挂人太厉害（大三下的junior lab又挂了好不容易熬到大三的学生的四分之一，大四上的senior lab还要继续挂人），这门课的变态引来了当地媒体的关注，并上了校报[3]。被采访的学生声泪俱下地表示，自己“每次写报告都aim for perfection, but only expecting not to fail”。而化工系系长则说，“You are either right or completely wrong, because there is no partial credit in real life，所以系里将继续按照更加苛刻的指标要求学生”。

5. 这门课除了实验部分，还有每学期两次的理论考试。教授第一次上课时就告诉了我们，考试只有两道题，一题考泵的计算一题考换热器的计算。学过化工的都知道，泵和换热器是两个最最基本的化工机械，照理来说，这种题应该分分钟拿满分了吧。如果这样想，那就真的是too simple, sometimes naive了。记得第一次考试时，见到题目的我们马上傻眼了，第一题确实有个泵，但除此之外还有茫茫管线，一会上一会下，一会通到敞开储罐一会又连到密闭储罐（对应着压强究竟算表压还是大气压），究竟在哪里画控制体积才能简化问题？英制公制单位并存，换算的时候乱得像坨翔。第二题呢？好吧，确实是换热器，可就在这换热器里的流体同时进行着液相升温、泡点沸腾、汽相蒸发和冷凝四个物态变化，那么每种过程分别对应了多少换热面积？主要机理是对流还是传导？如果是对流的话，是自然对流还是强制对流？一系列问题让我们根本无从下手。最后平均分，25/100算高的。下一次考试，下下次考试，又是两道一样的题目。可是直到我们毕业，都没有人真正知道正确的思路究竟是什么。同样的考试题目已经给了十几届学生，每次大家都是糊里糊涂来，糊里糊涂走，因为教授对正确答案完全保密。

101政治，201，英语一，

211翻译硕士英语

311教育基础综合

333教育综合

336艺术基础

341农业知识综合三

342农业知识综合四

346体育综合

347心理学专业综合

354汉语基础

357英语翻译基础

445汉语国际教育基础

448汉语写作与百科知识

601自命题数学（理）

701哲学综合（中外哲学思想）

702社会学概论

703马克思主义基本原理概论

704政治学基础理论

705文学理论

706语言学理论

707中国新闻传播史

708艺术理论

709英语语言文学与翻译

710语言学与翻译

711中外美术史

712行政学原理

713高等代数

714高等数学

715物理化学

716自然地理学

717中国地理

718地理学基础

719植物生物学

720遗传学

721细胞生物学

722教育技术基础理论（含教育技术学、教学设计）

723体育综合

724体育学专业基础综合 (运动生理学、运动解剖学)

801马克思主义哲学原理

802社会学理论与方法

803马克思主义发展史

804科学社会主义原理

805政治经济学

806经济学

807学校管理学

808学校心理辅导

809学前教育学

810美学原理

811现代汉语

812古代文论

813中国古代文学史（含作品选）

814中国现代文学史

815民间文学概论

816新闻理论与实务

817广播电视基础理论

818高级英语

819综合英语

820综合日语

821西方音乐史略

822美术概论

823中学历史教学研究

824公共政策学

825初等数学

826数学分析

827中学物理教学法

828普通物理

829无机化学

830有机化学

831经济学原理

832人文地理学

833地理信息系统原理

834旅游学概论

835普通生物学

836生物化学

837分析化学

838环境科学概论

839普通物理学

840普通化学

841信息技术基础（含计算机文化基础、多媒体技术基础）

842学校体育学

901工程光学

902可再生能源概论

903农业生态工程基础

你好：提问者，我能回答你的问题，曾有一本书，我看了很好，特意推荐给你，希望也对你适用。

——————————————

书名:《新能源与可再生能源概论》

作者: 苏亚新（环境资源理论研究专家），金衔<整理>

出版社：化学工业出版社

原价：38.00

出版日期：2006-03

ISBN：7502582932

字数： 232

印次： 2次

版次： 2006-03-01

纸张： 平装

（简介）本书系统地介绍了太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等可再生能源以及氢能——燃料电池、核能等新能源的利用原理与工程应用技术，并介绍工业与生活垃圾等废弃物的能源资源化利用技术。全书共分6章，分别介绍了我国能源消费现状及发展趋势、太阳能及其利用技术、生物质能及其利用、氢能及其利用——燃料电池技术、其他新能源及其利用和废弃物资源化利用等内容，阐述详细，内容全面。

本书适用于从事热能动力工程、环境工程、暖通空调、电力、建筑、化工、冶金等领域的设计、管理人员及有关科研人员阅读参考，也可作为热能工程、工程热物理、环境工程、石油化工、暖通空调等专业的高年级本科生和研究生的选修课教材。

____________________________

书名:《新能源与可再生能源技术——21世纪能源与动力》系列教材

作者: 李传统 主编

出版社：

原价：30.00

出版日期： 2005-9-1

ISBN： 9787564101268

字数： 399000

页数： 239

印次： 2次

版次： 1

纸张： 胶版纸

（简介）全书共分为10章。

第1章对新能源的概念、种类、利用的现状和发展趋势进行了简明扼要的介绍；

第2章对太阳能的资源状况，太阳能供热、制冷和发电的基本原理、常用工艺技术进行了较为详细的介绍；

第3章对风能的资源状况、风能发电技术和发展趋势进行了介绍和讨论；

第4章对地热能的资源状况、常见形式、供热、干燥以及发电利用技术和发展趋势进行了介绍；

第5章对海洋能的资源状况、海洋能的利用方式、常见的海洋的能的利用技术和工艺进行了介绍；

第6章介绍了生物质能的分类、资源状况、热解和气化的概念、原理、工艺和设备，对生物质能源利用技术的研究进展和发展趋势进行了较为全面的描述；

第7章 对氢能的资源状况、氢气的制备过程、氢能的利用方式、燃料电池的工作原理、氢能发电的常见工艺进行了系统的论述，并对氢能利用的发展趋势进行了讨论；

第8章 对天然气水合物的赋存形式和资源状况、利用方式和发展前景进行了介绍；

第9章 对洁净煤技术的意义、洁净煤的利用方式与工艺、联合循环的现状与发展方向、洁净煤技术在我国一次能源中的战略意义进行了讨论；

第10章 对新能源与可持续发展的关系、能源利用过程中对环境造成的影响、能源利用过程中控制污染排放的意义等内容进行了论述。

本书较为全面地介绍了新能源与可再生能源的资源状况、利用原理与技术，系统完整。适合从事能源生产、能源管理、环境保护和能源化工等领域的工程技术人员、研究人员参考和使用。

_________________________

——这本书是介绍国外的同类技术，也可对你做一些参考。

【书 名】 《科技热点系列.新能源（英文版）》

【图书定价】￥9.80【作 者】:（英）摩根

【出 版 社】:中国青年出版社

【出版日期】:2005-2-1

【 ISBN 号】:7-5006-5711-0

【内容简介】

聚焦当今世界由科技发展引发的热点话题。此系列不仅描述了对我们生活产生重大影响的科技与社会热点现象，而且介绍了这些新现象产生的科技原因和社会、文化背景，并从多个角度探讨了这些科技现象的发展前景。此系列向我们提出了科技无极限的思维，并提出了科技将如何影响人类社会生活等疑问，值得当代人深思。探索。此系列涉及到很多新领域。新知识、新概念、新词汇，

本册讲述的是新能源。能源问题是当今社会的热点之一。我们每天赖以生存的常规能源一方面面临枯竭，另一方面又造成大量的环境污染，这种情况使得寻找。研究、使用新能源这一课题显得非常迫切。本书详尽地介绍了各种新能源的特点。）

——我认为该书中的观点都是作者的个人观点，希望提问者youcaizicer在阅读时客观地甄别。

——以上的答复是我的一些选择，希望对你有收益。

[1]左然,施明恒,王希麟.可再生能源概论[M].北京:机械工业出版社,2007.

[2]李鑫,李安定,李斌,杨培尧,臧春城,郑飞.太阳能制氢研究现状及展望. 太阳能学报,2005,26(1):127-132.

[3]孙孝仁.2 1世纪的制氢技术.科技情报开发与经济,1995,5(4):17-18.

[4]黄金昭,徐征,李海玲,亢国虎,王文静.太阳能制氢技术研究进展. 太阳能学报,2006,27(9):947-954.

[5]李敏,李越湘,彭绍琴,吕功煊,李树本.利用甘油废水Pt/TiO2光催化制氢.分子催化,2008,22(2):166-171.

[6]谭君,王平,闫书一. TiO2光解水制氢的研究进展. 四川化工,2008,11(4):8-10.

[7]周菊枚,闫康平,朱忠志.光电催化制氢研究进展. 四川化工,2005,8(5):12-15.

[8]闫俊萍,唐子龙,张中太,罗绍华. TiO2双掺Cr,Sb的光催化性能研究. 稀有金属材料与工程,2005,34(3):429-432.

[9]潘高峰,李越湘,彭绍琴,吕功煊,李树本. 铍、氮共掺杂TiO2的制备及其可见光下光解水制氢性能研究.功能材料,2008,39(4):632-635.

[10]尹爱国,林汉森.生物制氢的研究现状及前景. 安徽农学通报,2007,13(2):51-53.

资本主义的初级阶段到发达国家的迈进过程的书籍：

《资本主义兴衰史》

当然是科技产业、网络产业、金融业；适合在国内发展的金融业、网络产业

科技产业中国创新太少，硬件方面比不过美国，软件比不过印度；网络产业，像电子商务、视频网站中国正在发展，电子商务像京东、苏宁易购、淘宝，视频网站像优酷土豆，56之类

人文社会的书籍：

亚当斯密的《道德情操论》

小产业经济的书籍

Richard E. Caves的著作《Creative Industries－Contracts between Art and Commerce》

即：创意产业经济学——艺术的商业之道

新能源方面

《科技热点系列.新能源（英文版）》（英）摩根

《新能源与可再生能源技术——21世纪能源与动力》 作者: 李传统

《新能源与可再生能源概论》 作者: 苏亚新

21世纪新能源 概述：本文将主要围绕21世纪中期的主要能源和人类如何最终解决能源问题做出探讨。电的发明彻底改变了人的生产、生活方式，但同时为了满足不断增加的电量需求人必须不断的建发电厂；发明各种交通工具解决了人移动自己位置的方便,但是同时又产生汽车的污气排放问题……种种问题,太老套了。能源需求量日益增加，环境破坏加重，使得大力发展无污染清洁能源，改善能源结构，成为当务之急。人类社会发展所需的主要能源基本是按照含碳量越来越低的趋势演变的，先是木材，然后是煤炭，现在主要是石油，接着将是天然气，最后则是不含碳的氢气、太阳能、风能等。 经济全球化带来的是能源的紧缺。随着世界经济和社会的迅速发展，人类对能源的需求量急剧增加，可以说人类从来没有像现在这样对能源有这么大的依靠度。常规能源价格节节攀升，使新能源成为世界关注的焦点，出于战略的考虑，各国会越来越重视新能源行业的发展，无论从政策还是资金上都会加大对其的扶持力度。可以预见的是，依赖科技的发展，太阳能、风能等替代能源和新能源行业将获得良好发展机遇。关于21世纪中期的主要能源的问题，我的观点是到21世纪中期，人来还是会以天然气、石油、煤炭为主要能源，核能、风能、水能、太阳能、氢能等新能源将会得到很大发展并且做为辅助能源。为什么把天然气放在第一位，且天然气、石油和煤炭仍然会作为主要能源的原因在下面会做详细分析。而关于人类如何最终解决能源问题的探讨，我认为，人类最终的能源来源很难判定，因为“技术是解决能源问题的途径”，未来的科技发展到何种地步产生出何种新能源是一个未知数。但是就目前而言，我们可以断定，在不久的将来，各种清洁高效的新能源将会作为人类的主要能源，尤其是太阳能和氢能。技术是解决能源问题的途径，而不是资源本身。这是我在学习了“21世纪新能源”之后，有了新的认识所形成并且坚持的观点。 正文 ： 1. 21世纪中期天然气、石油、煤炭依然是人类的主要能源，而各种新能源将会得到很大发展，作为辅助能源。 天然气：在未来新能源发展成为人类的主要能源之前，石油和天然气的主力能源地位还将维持相当长的时间。根据计算，石油资源在未来两个世纪是不会枯竭的，而天然气将成为21世纪的主导能源形式。天然气是21世纪消费量增长最快的能源，石油和煤炭消费领域里有70%以上都可以用天然气取代。由于天然气具有较好的经济性与环保性，成为市场上最受欢迎的能源品种，在传统能源中增长最快。预计天然气需求年均增长近2%，到2030年将占能源供应总量的25%。《石油的色彩》中说“到2020年，石油和煤炭在世界能源消费中的比例将分别降到18%和23%，但是天然气的比重就将增加到48%”，我认为石油的地位不会下降得那么快，但天然气毋庸置疑将会很大部分上取代石油的位置。“天然气——21世纪的能源主角”已成为人们的共识。我国、俄罗斯、中亚、中东和亚太地区天然气储量都极为可观。除了常规天然气外，世界上还存在储量巨大的非常规天然气储量，如天然气水合物，即“可燃冰”，它被视为未来的清洁能源。我国南海海底的天然气水合物储量就相当于我国现有石油储量的一半。然而，虽然由于天然气水合物大部分赋存于低温高压的深海海域，开采和利用难度大，还容易扰动海底环境，一旦开采不当，导致甲烷气体大量泄漏，可能会造成海啸、海底滑坡、海水毒化、温室效应等灾害。所以开发“可燃冰”的技术还不够成熟，在它成为人类能源之前还需要一定的科技发展。天然气将是21世纪的能源主角，加快天然气工业的发展将成为不可扭转的趋势。 石油 ：纵观全球石油供求的形势，一个基本的判断是：预计在21世纪中叶，全球石油供求基本平衡的大格局不会发生根本性的变化，石油仍将是世界的主要能源。全球经济和交通运输业的发展，也将会导致石油需求增长而不是下降。据国际能源机构的预测，全球石油可采资源总量预测为5000亿吨，目前探明的剩余可采石油储量1700多亿吨。按年产油38亿吨计算，石油储采比40：1。也就是说，即使今后不再发现新的石油资源，理论上还可以开采40年。市场需求增长、新技术出现与地缘政治事件等正一起改变着石油能源作用与地位。“从商业上讲，不需要没完没了地进行石油勘探开发，勘探开发到一定程度，石油企业的积极性就会下降。”金融危机改变了前几年石油消费增加趋势的状态，现在国际油价并没有往下落，而且保持在一个相对比较高的程度，这是因为石油供应方在控制产量。即使天然气取代石油成为最主要能源，石油也将在世界能源格局中占据极其重要的位置。 煤炭：21世纪煤炭仍是人类赖以生存的主要能源之一，作为主要基础能源的地位不会改变。原因主要有：煤炭资源丰富，全球探明可采煤炭储量10316．1亿吨， 按目前生产水平可开采200年以上，而石油仅45年，天然气仅65年；煤炭作为传统能源，开采、使用技术成熟，并已形成规模的生产、应用链；洁净煤技术的推广应用已可能使煤炭成为清洁、无污染燃料。煤炭在能源发电、生产、消费中仍处于不可替代的重要地位。煤炭是是保障安全供应的最可靠的能源，同时也是目前最廉价的可利用能源；煤炭本身不是污染，是可以通过技术进步实现洁净利用的；从可采资源、保障供应、经济性和技术等方面看，煤炭仍将是不可替代的基础能源，提供优质煤炭、保障能源供应、提高煤炭效率、减少煤炭污染，是21世纪煤炭工业的重要责任。我们应当坚持用发展的观点来解决煤炭工业存在的问题，结构调整，积极进行产业结构和产品结构的调整，大力发展高产高效生产技术，提高煤炭竞争力，发展洁净煤技术，解决环境污染问题，推动煤炭工业向高效、安全、洁净、优质的方向持续、稳定、健康发展。 2. 核能、风能、水能、氢能、太阳能等新能源将会得到很大发展并且做为辅助能源。 核能：在新能源开发中比较现实的是核能，它将逐渐发展成为新世纪的一种重要能源。我们可以预测在不久的将来，核聚变能可能成为核能新秀。利用核裂变，人们已经通过反应堆加以人工控制，实现了原子能发电。要使核聚变释放出的巨大的能量转变为电能，即实现核聚变发电。也必须对核聚变实行人工控制，使其按照人们的需要有的序地进行，这就是受控核聚变。核能发电具有很多优点：不会造成空气污染，不会加重温室效应，核能发电所需要的原料铀储量丰富提炼成本低。但同时也存在问题：资源利用率低，核废料成为危害生物圈的潜在因素，处理技术不完善，核电建设投资费用大，风险较高。风能：风能未来将会取得非常迅速的发展，全球风能产业的前景相当乐观，各国政府不断出台的可再生能源鼓励政策，将为该产业未来几年的迅速发展提供巨大动力。风能具有可再生、永不枯竭、无污染等特点，综合社会效益高。但尽管在理想条件下，虽然风能利用的成本比较低，但仍高于化石燃料，风能受地形、气候、风力的变化影响较大，连续性较差，转换效率较低，技术还不够成熟。所以风能的发展也值得期待。水能：水能是一种可再生能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。水能资源最显著的特点是可再生、无污染，它是常规能源。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用，对促进国民经济发展，改善能源消费结构，缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义，因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。人们目前最易开发和利用的比较成熟的水能也是河流能源。水能主要用于水力发电，其优点是成本低、可连续再生、无污染。缺点是分布受水文、气候、地貌等自然条件的限制大。氢能：氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，越来越多的国家开始将开发氢能列为重要的新能源项目，开发高效率、低成本生产氢的工艺。氢能被认为具有长期利用的潜力，具有高温高能，热能集中，可再生，来源广泛，应用范围广的刚有点，但也存在几个问题。首先，氢不是一种能源来源，在自然界不能自由存在；氢必须从石油、天然气或水等其它物质中分离出来，成本比较昂贵；氢的分离也要消耗能量，从水中分离氢则能耗更高；与等量的石油相比，氢的热值也较低。第三，氢既不容易储存，也没有相关设施来生产、运输和销售氢燃料。氢燃料利用各环节的安全性也值得关注。在《石油的色彩》一书中作者预见，在未来的两个世纪里，氢将会作为从碳氢化合物中衍生出来的烯料进入到世界经济领域中来，而它最终将会从碳氢化合物中产生出来，并且主要将来源于水。太阳能：太阳能以其清洁环保、取之不竭在全球范围受到了追捧，被认为是二十一世纪的新能源之首，发展前景极为被看好。只有太阳能才能满足人们更进一步的需求，这种更加清洁的能源将会取之不尽，用之不竭。太阳能具有普遍，无害，利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。太阳能储量巨大可再生。但同时太阳能具有分散性和不稳定性，开发成本高效率低等缺点。太阳能具有巨大的利用潜力，但成本目前大大高于风能，数倍于化石燃料，利用也是断断续续的。太阳能开发难度大，短时间内很难实现大规模利用；太阳能利用还受矿物能源供应，政治和战争等因素的影响，发展道路比较曲折。尽管如此，从总体来看，20世纪取得的太阳能科技进步仍比以往任何一个世纪都大。太阳能利用与世界可持续发展和环境保护紧密结合，全球共同行动，为实现世界太阳能发展战略而努力，保证太阳能事业的长期发展，注意科技成果转化为生产力，发展太阳能产业，加速商业化进程，扩大太阳能利用领域和规模，太阳能在人类的未来能源结构中必将占据着主导地位。 3. 太阳能和氢能等清洁高效能源将会成为未来人类的主要能源。 新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。但新能源短期内根本发展不起来，短期内无法取代石油，这是一种社会时代的惯性。太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。在新实际中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。太阳能发电具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。 未来太阳能资源的集中开发无疑会使使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。在太阳能的利用方面，出了太阳能发电之外目前国际上已经从晶体硅、薄膜太阳能电池开发进入了有机分子电池、生物分子筛选乃至于合成生物学与光合作用生物技术开发的生物能源的太阳能技术新领域。在将来研发出利用太阳能能源制造氢的技术，将会成为一个很大的热门。人类面对未来的能源危机和日益加重的环境问题，新能源的开发和利用，逐渐替代传统能源的主导地位，成为一个必然趋势。我们期待着科学技术完全转化为产业优势。 结论科学技术主导能源未来。

短时间内我们的主要任务，是利用先进的科学技术在设施齐全成熟油田扩大产量和加快新产地生产能力建设，以满足石油和天然气不断增长的需要。以促进石油和天然气的勘探、开发和利用。科技发展与技术进步，逐渐提高新能源应用技术水平，推动新能源取得新发展，新能源的开发方案和商业应用都是建立在依靠技术进步的基础之上。在新能源的开发过程中，新技术的综合应用将会降低生产成本，使消费市场得到较经济实惠的能源，推进新市场的开发。

总之，当前能源供应正处于更加激烈的竞争环境中，为世界和人类提供充足的能源是一项非常艰巨的任务，但历史发展表明，我们有理由相信能取得最后的成功。只有逐渐抛弃污染环境的能源开发新能源，一个清洁美丽的星球才能持久一点, 当然太阳也早晚会耗尽的,不过到时候, 如果允许的话, 我可以去其他星系去采集能量, 去其他星体上去居住，那就是很远之后的事情了。 参考资料：《新能源与可再生能源概论》 苏亚新 化学工业出版社 2006-03《新能源与可再生能源技术——21世纪能源与动力》 李传统2005-9-1 《新能源概论》王革华 化学工业出版社 2006-08《石油的色彩》(美)迈克尔·埃克诺米迪斯石油工业出版社 2002-01《性能源：后石油时代的必然选择》 钱伯章　 化学工业出版社 2007-5　

摘 要：主要论述了生物质热解技术的原理、热解反应过程、热解工艺类型及影响因素。在分析国内外发展现状的基础上，提出生物质热解技术主要存在的不足，对生物质热解技术的发展前景进行了展望。

关键词：生物质热解；研究进展；发展现状；展望

0 引 言

通过生物质能转换技术可高效地利用生物质能源， 生产各种清洁能源和化工产品，从而减少人类对于化石能源的依赖，减轻化石能源消费给环境造成的污染。 目前，世界各国尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以保护本国的矿物能源资源，为实现国家经济的可持续发展提供根本保障。

生物质热解是指生物质在没有氧化剂（空气、氧气、水蒸气等）存在或只提供有限氧的条件下，加热到逾500℃，通过热化学反应将生物质大分子物质（木质素、纤维素和半纤维素）分解成较小分子的燃料物质（固态炭、可燃气、生物油）的热化学转化技术方法。生物质热解的燃料能源转化率可达95.5%，最大限度的将生物质能量转化为能源产品，物尽其用，而热解也是燃烧和气化必不可少的初始阶段[1]。

1 热解技术原理

1.1 热解原理

从化学反应的角度对其进行分析， 生物质在热解过程中发生了复杂的热化学反应，包括分子键断裂、异构化和小分子聚合等反应。木材、林业废弃物和农作物废弃物等的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。热重分析结果表明，纤维素在52℃时开始热解，随着温度的升高，热解反应速度加快，到350～370℃时，分解为低分子产物，其热解过程为：

(C6H10O5)n→nC6H10O5

C6H10O5→H2O+2CH3-CO-CHO

CH3-CO-CHO+H2→CH3-CO-CH2OH

CH3-CO-CH2OH+H2→CH3-CHOH-CH2+H2O

半纤维素结构上带有支链，是木材中最不稳定的组分，在225～325℃分解，比纤维素更易热分解，其热解机理与纤维素相似[2]。

从物质迁移、能量传递的角度对其进行分析，在生物质热解过程中，热量首先传递到颗粒表面，再由表面传到颗粒内部。热解过程由外至内逐层进行，生物质颗粒被加热的成分迅速裂解成木炭和挥发分。其中，挥发分由可冷凝气体和不可冷凝气体组成，可冷凝气体经过快速冷凝可以得到生物油。一次裂解反应生成生物质炭、一次生物油和不可冷凝气体。在多孔隙生物质颗粒内部的挥发分将进一步裂解，形成不可冷凝气体和热稳定的二次生物油。同时，当挥发分气体离开生物颗粒时，还将穿越周围的气相组分，在这里进一步裂化分解，称为二次裂解反应。生物质热解过程最终形成生物油、不可冷凝气体和生物质[3，4]。

1.2 热解反应基本过程

根据热解过程的温度变化和生成产物的情况等， 可以分为干燥阶段、预热解阶段、固体分解阶段和煅烧阶段。

1.2.1 干燥阶段（温度为120～150℃），生物质中的水分进行蒸发，物料的化学组成几乎不变。

1.2.2 预热解阶段（温度为150～275℃），物料的热反应比较明显，化学组成开始变化，生物质中的不稳定成分如半纤维素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物质。上述两个阶段均为吸热反应阶段。

1.2.3 固体分解阶段（温度为275～475℃），热解的主要阶段，物料发生了各种复杂的物理、化学反应，产生大量的分解产物。生成的液体产物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷却时析出来）；气体产物中有CO2、CO、CH4、H2等，可燃成分含量增加。这个阶段要放出大量的热。

1.2.4 煅烧阶段（温度为450～500℃），生物质依靠外部供给的热量进行木炭的燃烧，使木炭中的挥发物质减少，固定碳含量增加，为放热阶段。实际上，上述四个阶段的界限难以明确划分，各阶段的反应过程会相互交叉进[5，6]。

2 热解工艺及影响因素

2.1 热解工艺类型

从对生物质的加热速率和完成反应所用时间的角度来看，生物质热解工艺基本上可以分为两种类型：一种是慢速热解，一种是快速热解。在快速热解中，当完成反应时间甚短（＜0.5s）时，又称为闪速热解。根据工艺操作条件，生物质热解工艺又可分为慢速、快速和反应性热解三种。在慢速热解工艺中又可以分为炭化和常规热解[5]。

慢速热解（又称干馏工艺、传统热解）工艺具有几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程，低温干馏的加热温度为500～580℃，中温干馏温度为660～750℃， 高温干馏的温度为900～1100℃。将木材放在窑内，在隔绝空气的情况下加热，可以得到占原料质量30%～35%的木炭产量。

快速热解是将磨细的生物质原料放在快速热解装置中，严格控制加热速率（一般大致为10～200℃/s）和反应温度（控制在500℃左右）， 生物质原料在缺氧的情况下，被快速加热到较高温度，从而引发大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，成为生物油或焦油，其比例一般可达原料质量的40%～60%。

与慢速热解相比，快速热解的传热反应过程发生在极短的时间内，强烈的热效应直接产生热解产物，再迅速淬冷，通常在0.5s内急冷至350℃以下，最大限度地增加了液态产物（油）。

常规热解是将生物质原料放在常规的热解装置中，在低于600℃的中等温度及中等反应速率（0.1～1℃/s）条件下，经过几个小时的热解，得到占原料质量的20%～25%的生物质炭及10%～20%的生物油[7～9]。

2.2 热解影响因素

总的来讲，影响热解的主要因素包括化学和物理两大方面。化学因素包括一系列复杂的一次反应和二次反应；物理因素主要是反应过程中的传热、传质以及原料的物理特性等。具体的操作条件表现为：温度、物料特性、催化剂、滞留时间、压力和升温速率[10]。

2.2.1 温度

在生物质热解过程中，温度是一个很重要的影响因素， 它对热解产物分布、组分、产率和热解气热值都有很大的影响。生物质热解最终产物中气、油、炭各占比例的多少，随反应温度的高低和加热速度的快慢有很大差异。一般地说，低温、长期滞留的慢速热解主要用于最大限度地增加炭的产量，其质量产率和能量产率分别达到30%和50%（质量分数）[11～13]。

温度小于600℃的常规热解时，采用中等反应速率，生物油、不可凝气体和炭的产率基本相等；闪速热解温度在500～650℃范围内，主要用来增加生物油的产量，生物油产率可达80%（质量分数）；同样的闪速热解，若温度高于700℃，在非常高的反应速率和极短的气相滞留期下，主要用于生产气体产物，其产率可达80%（质量分数）。当升温速率极快时，半纤维素和纤维素几乎不生成炭[5]。

2.2.2 生物质材料的影响

生物质种类、分子结构、粒径及形状等特性对生物质热解行为和产物组成等有着重要的影响[3]。这种影响相当复杂，与热解温度、压力、升温速率等外部特性共同作用，在不同水平和程度上影响着热解过程。 由于木质素较纤维素和半纤维素难分解，因而通常含木质素多者焦炭产量较大；而半纤维素多者，焦炭产量较小。在生物质构成中，以木质素热解所得到的液态产物热值为最大；气体产物中以木聚糖热解所得到的气体热值最大[5]。

生物质粒径的大小是影响热解速率的决定性因素。粒径在1mm以下时，热解过程受反应动力学速率控制，而当粒径大于1mm时，热解过程中还同时受到传热和传质现象的控制。大颗粒物料比小颗粒传热能力差，颗粒内部升温要迟缓，即大颗粒物料在低温区的停留时间要长，从而对热解产物的分布造成了影响。 随着颗粒的粒径的增大，热解产物中固相炭的产量增大。从获得更多生物油角度看，生物质颗粒的尺寸以小为宜，但这无疑会导致破碎和筛选有难度，实际上只要选用小于1mm的生物质颗粒就可以了。

2.2.3 催化剂的影响

有关研究人员用不同的催化剂掺入生物质热解试验中，不同的催化剂起到不同的效果。如：碱金属碳酸盐能提高气体、碳的产量，降低生物油的产量，而且能促进原料中氢释放，使空气产物中的H2/CO增大；K+能促进CO、CO2的生成，但几乎不影响H2O的生成；NaCl能促进纤维素反应中H2O、CO、CO2的生成；加氢裂化能增加生物油的产量，并使油的分子量变小。

另外，原料反应得到的产物在反应器内停留时间、反应产出气体的冷却速度、原料颗粒尺寸等，对产出的炭、可燃性气体、生物油（降温由气体析出）的产量比例也有一定影响[5]。

2.2.4 滞留时间

滞留时间在生物质热解反应中有固相滞留时间和气相滞留时间之分。固相滞留时间越短，热解的固态产物所占的比例就越小，总的产物量越大，热解越完全。在给定的温度和升温速率的条件下，固相滞留时间越短，反应的转化产物中的固相产物就越少，气相产物的量就越大。气相滞留期时间一般并不影响生物质的一次裂解反应过程，而只影响到液态产物中的生物油发生的二次裂解反应的进程。当生物质热解产物中的一次产物进入围绕生物质颗粒的气相中，生物油就会发生进一步的裂化反应，在炽热的反应器中，气相滞留时间越长，生物油的二次裂解发生的就越严重，二次裂解反应增多，放出H2、CH4、CO等，导致液态产物迅速减少，气体产物增加。所以，为获得最大生物油产量，应缩短气相滞留期，使挥发产物迅速离开反应器，减少焦油二次裂解的时间[3～5]。

2.2.5 压力

压力的大小将影响气相滞留期，从而影响二次裂解，最终影响热解产物产量的分布。随着压力的提高，生物质的活化能减小，且减小的趋势渐缓。在较高的压力下，生物质的热解速率有明显的提高，反应也更激烈，而且挥发产物的滞留期增加，二次裂解较大；而在低的压力下，挥发物可以迅速从颗粒表面离开，从而限制了二次裂解的发生，增加了生物油产量[14，15]。

2.2.6 升温速率

升温速率对热解的影响很大。一般对热解有正反两方面的影响。升温速率增加，物料颗粒达到热解所需温度的相应时间变短，有利于热解；但同时颗粒内外的温差变大，由于传热滞后效应会影响内部热解的进行。随着升温速率的增大，温度滞后就越严重，热重曲线和差热曲线的分辨力就会越低，物料失重和失重速率曲线均向高温区移动。热解速率和热解特征温度（热解起始温度、热解速率最快的温度、热解终止温度）均随升温速率的提高呈线形增长。在一定热解时间内，慢加热速率会延长热解物料在低温区的停留时间，促进纤维素和木质素的脱水和炭化反应，导致炭产率增加。气体和生物油的产率在很大程度上取决于挥发物生成的一次反应和生物油的二次裂解反应的竞争结果，较快的加热方式使得挥发分在高温环境下的滞留时间增加，促进了二次裂解的进行，使得生物油产率下降、燃气产率提高[16～18]。

3 热解技术研究现状

3.1 国内研究现状

与欧美一些国家相比，亚洲及我国对生物质热解的研究起步较晚。近十几年来，广州能源研究所生物质能研究中心、浙江大学、东北林业大学等单位做了一些这方面的工作。

广州能源研究所生物质能研究中心，目前研究方向重点为生物质热化学转化过程的机理及热化学利用技术。其研究内容为：（1）高能环境下的热解机理研究：等离子体热解气化、超临界热解等；（2）气化新工艺研究：高温气化、富氧气化、水蒸汽气化等；（3）气化技术系统集成及应用：新型气化装置、气化发电系统等；（4）生物质气化燃烧与直接燃烧：气化燃烧技术、热解燃烧技术、直接燃烧等。

浙江大学着眼于流化床技术在生物质清洁能源规模化利用上显示出的巨大潜在优势，在上世纪末成功开发了以流化床技术为基础的生物质热裂解液化反应器，并在先期成功试验的基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不分级等缺点，采用独特的设计方案研发了生物质整合式热裂解分级制取液体燃料装置，得出了各运行参数对生物质热解产物的得率及组成的影响程度，适合规模化制取代用液体燃料。目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。

东北林业大学生物质能研究中心研究方向： 转锥式生物质闪速热解液化装置。经过一系列的调试、实验和改进后，现已经探索出了一些基本的设计规则和经验。现阶段设备制造已完成，即将进入实验阶段，为今后设备改进及技术推广打好坚实的基础。

另外在快速热裂解研究上，沈阳农业大学在联合国粮农组织（FTO）的协助下，从荷兰的BTG集团引入一套50 kg/h旋转锥闪速热解装置并进行了相关实验研究；上海理工大学、华东理工大学、浙江大学、中国科学院广州能源研究所、清华大学、哈尔滨工业大学和山东理工大学等单位也开展了相关实验研究，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。在现在技术的支持下，用于商业运行的只有输运床和循环流化床系统[19，20]。

河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室也长期进行了生物质热解方面的研究。“YNO4型生物质燃气脱焦机”的诞生解决了现有生物质热解气化机组净化装置复杂、脱焦效率低且焦油难收集等问题，结构简单，操作方便，避免了二次污染，系统运行可靠，维护费用低，经济效益显著，适用于各类生物质热解气化机组的配套及其商业化应用，已于2001年11月通过省科技厅技术鉴定，并已在许昌机电厂投入批量生产。

同时，该实验室与河南商丘三利新能源有限公司对生物质热解产物进行了综合利用的研究，并形成了配套设备。根据农作物秸秆资源存在着季节性、分散性的特点和运输、储存难的矛盾，采取了分散和集中的模式，即在农作物秸秆易收集的范围内建造小型生物质热解装置，就地使用生物质燃气， 然后将便于运输的生物质炭、焦油、木醋液收集，建设若干集中加工厂，生产多种产品以供各种用途，较适合我国的国情。

3.2 国外研究现状

生物质热解技术最初的研究主要集中在欧洲和北美。20世纪90年开始蓬勃发展，随着试验规模大小的反应装置逐步完善，示范性和商业化运行的热解装置也被不断地开发和建造。欧洲一些著名的实验室和研究所开发出了许多重要的热解技术，20世纪90年代欧共体JOULE计划中生物质生产能源项目内很多课题的启动就显示了欧盟对于生物质热解技术的重视程度。

但较有影响力的成果多在北美涌现，如加拿大的Castle Capital有限公司将BBC公司开发的10Kg/h～25Kg/h的橡胶热烧蚀反应器放大后，建造了1500Kg/h～2000 kg/h规模的固体废物热烧蚀裂解反应器，之后，英国Aston大学、美国可再生能源实验室、法国的Nancy大学及荷兰的Twente大学也相继开发了这种装置。

荷兰Twente大学反应器工程组及生物质技术（BTG）集团研制开发了旋转锥热裂解反应器，由于工艺先进、设备体积小、结构紧凑，得到了广泛的研究和应用；Hamberg木材化学研究所对混合式反应器鼓泡床技术进行了改进和发展，成功地采用静电扑捉和冷凝器联用的方式，非常有效地分离了气体中的可凝性烟雾。ENSYN基于循环流化床的原理在意大利开发和建造了闪速热解装置（RTP），还有一些小型的实验装置也相继在各研究所安装调试。

传统的热解技术不适合湿生物质的热转化。针对这个问题，欧洲很多国家己开始研究新的热解技术，这就是Hydro Thermal Upgrading（HTU）。将湿木片或生物质溶于水中，在一个高压容器中，经过15min（200℃，300bar）软化，成为糊状，然后进入另一反应器（330℃，200bar）液化5～15min。经脱羧作用，移去氧，产生30%CO2、50%生物油，仅含10%～15%的氧。荷兰Shell公司证明：通过催化，可获得高质量的汽油和粗汽油。这项技术可产生优质油（氧含量比裂解油低），且生物质不需干燥，直接使用[21，22]。

4 前景与展望

面对化石能源的枯竭和环境污染的加剧，寻找一种洁净的新能源成了迫在眉睫的问题。现在全世界都把目光凝聚在生物质能的开发和利用上。生物质能利用前景十分广阔，但真正实际应用还取决于生物质的各种转化利用技术能否有所突破。

随着技术的不断完善，研究的方向和重点也在拓宽，以前侧重热解反应器类型及反应参数，以寻求产物最大化，而现在整体利用生物质资源的联合工艺以及优化系统整体效率被认为是最大化热解经济效益、具有相当大潜力的发展方向；除此之外，提高产物品质，开发新的应用领域，也是当前研究的迫切要求。

我国生物质热解技术方面的研究进展缓慢，主要是因为研究以单项技术为主，缺乏系统性，与欧美等国相比还有较大差距。 特别是在高效反应器研发、工艺参数优化、液化产物精制以及生物燃油对发动机性能的影响等方面存在明显差距。同时，热解技术还存在如下一些问题：生物油成本通常比矿物油高，生物油同传统液体燃料不相容，需要专用的燃料处理设备；生物油是高含氧量碳氢化合物，在物理、化学性质上存在不稳定因素，长时间贮存会发生相分离、沉淀等现象，并具有腐蚀性；由于物理、化学性质的不稳定，生物油不能直接用于现有的动力设备，必须经过改性和精制后才可使用；不同生物油品质相差很大，生物油的使用和销售缺少统一标准，影响其广泛应用。以上问题也是阻碍生物质高效、规模化利用的瓶颈所在[6]。

针对以上存在的差距和问题，今后的研究应主要集中在如何提高液化产物收率，寻求高效精制技术，提高生物油品质，降低运行成本，实现产物的综合利用和工业化生产等方面。同时加强生物质液化反应机理的研究，特别是原料种类及原料中各种成分对热化学反应过程及产物的影响。在理论研究的基础上，将现有设备放大，降低生物油生产成本，逐渐向大规模生产过渡，完善生物油成分和物理特性的测定方法，制定统一的规范和标准，开发生物油精制与品位提升新工艺，开发出用于热化学催化反应过程中的低污染高效催化剂，使其能够参与化石燃料市场的竞争[23]。?

参考文献

[1] 杨海平，陈汉平，王贤华等.生物质热解研究的进展[J].煤气与热力，2006，26（5）：18.

[2]? 李传统.新能源与可再生能源技术[M].江苏：东南大学出版社，2005：116~117.

[3] 马承荣，肖 波，杨家宽. 生物质热解影响因素分析[J].环境技术，2005，5：10~12.

[4] 陈，罗永浩，陆方. 生物质热解机理研究进展[J].工业加热，2006，35（5）：4~7.

[5] 袁振宏，吴创之，马隆龙等.生物质能利用原理与技术[M]. 北京：化学工业出版社，2005：289~293.

[6] 翟秀静，刘奎仁，韩 庆.新能源技术[M].北京：化学工业出版社，2005：266~271.

[7] 蒋恩臣，何光设.生物质热分解技术比较研究[J].可再生能源，2006，4：58~62.

[8] 陈 军，陶占良.能源化学[M]. 北京:化学工业出版社，2004：206~207.

[9] 苏亚欣，毛玉如，赵敬德. 新能源与可再生能源概论[M].北京：化学工业出版社，2006：90~94.

[10] 潘丽娜. 生物质快速热裂解工艺及其影响因素[J].应用能源技术，2004，2:7~8.

[11] Bridgwater A V, Peacocke G V C. Fast pyrolysis processes for biomass[J]. Sustainable and R enewable Energy Reviews. 2000, 4(1): 1~73.

[12] 刘汉桥，蔡九菊，包向军．废弃生物质热解的两种反应模型对比研究[J]. 材料与冶金学报，2003，2(2)：153~156.

[13] 李水清，李爱民，严建华等．生物质废弃物在回转窑内热解研究I．热解条件对热解产物分布的影响[J]. 太阳能学报，2000，21(4)：333~340.

[14] 崔亚兵，陈晓平，顾利锋．常压及加压条件下生物质热解特性的热重研究[J]. 锅炉技术，2004，35(4)：12~14.

[15] E Cetin，R Gupta．B Moghtaderi．Effect of pyrolysis pressure and heating rate on radiata pine char structure and apparent gasification reactivity[J]．Fuel，2005，(84)：1 328~1 334．

[16] 赖艳华， 吕明新，马春元等．程序升温下秸秆类生物质燃料热解规律[J]．燃烧科学与技术。2001，7(3)：245~246

[17] 宋春财，胡浩权．秸秆及其主要组分的催化热解及动力学研究[J]．煤炭转2003，26(3)：91-94

[18] 李志合，易维明，柏雪源等. 闪速热解挥发实验中玉米秸颗粒滞留时间的确定[J]. 东理工大学学报(自然科学版)，2004，18(1)：10~13.

[19] 曹有为，王述洋. 国内生物质热解技术的研究进展探究[J].林业劳动安全，2005，18（2）：24~26

[20] 苗真勇，厉伟，顾永琴. 生物质快速热解技术研究进展[J]. 节能与环保，2005，(2)：13~15.

[21] Bridgewaster A V，Peacocke G V.Fast Pyrolysis Processes for Biomass.Renewable&Sustainable Energy Reviews,2000,(4):1~73.

[22] Bridgewaster A V，Cottam M L.Opportunities for Biomass Pyrolysis Liquids Production and Upgrading.Energy and Fuels,1992,6(2):113~120.

[23] Bridgwater A V. Towards The Bio-refinery-Fast Pyrolysis of Biomass[J]. Renewable Energy World. 2001, (1): 66～83.9