2020年国考面试热点：生物质能遇瓶颈 专家呼吁了什么

地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大，仅地球上的植物，每年生产量就像当于现阶段人类消耗矿物能的20倍，或相当于世界现有人口食物能量的160倍。虽然不同国家单位面积生物质的产量差异很大，但地球上每个国家都有某种形式的生物质，生物质能是热能的来源，为人类提供了基本燃料。

开发“绿色能源”已成为当今世界上工业化国家开源节流、化害为利和保护环境的重要手段。至少有14个工业化国家在开发“绿色能源”方面取得了良好成绩，其中有些国家通过实施“绿色能源”政策，在相当大程度上缓解了本国能源不足的矛盾，而且显著改善了环境。

我国拥有丰富的生物质能资源，我国理论生物质能资源50亿吨左右。现阶段可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、薪柴、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等。然而，由于农业、林业、工业及生活方面的生物质资源状况非常复杂，缺乏相关的统计资料和数据，以及各类生物质能资源间以各种复杂的方式相互影响，因此，生物质的消耗量是最难确定或估计的。

近年来，我国在生物质能利用领域取得了重大进展，特别是沼气技术，每年所生产能源己达115万吨油当量，占农村能源的0.24％；由节柴炕灶每年所节约的能量己达52.5万吨油当量。

我国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明我国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，我国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。

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第一章 生物质能概述

1.1 生物质能的概念与形态

1.1.1 生物质能的含义

1.1.2 生物质能的种类与形态

1.1.3 生物质能的优缺点

1.2 生物质能的性质与用途

1.2.1 生物质的重要性

1.2.2 与常规能源的相似性及可获得性

1.2.3 生物质能源的可再生性及洁净性

1.3 生物能源的开发范围

1.3.1 植物酒精成为绿色石油

1.3.2 利用甲醇的植物发电

1.3.3 生产石油的草木

1.3.4 藻类生物能源的利用

1.3.5 海中藻菌能源开发

1.3.6 薪柴与“能源林”推广

1.3.7 变垃圾为宝的沼气池

1.3.8 人体生物发电的开发利用

1.3.9 细菌采矿技术的研究

第二章 全球生物质能的开发和利用

2.1 国际生物质能开发利用综述

2.1.1 全球生物质能开发与利用回顾

2.1.2 欧洲各国生物能源研究机构简介

2.1.3 欧盟国家生物质能发展政策分析

2.2 美国

2.2.1 美国生物质能研发概况

2.2.2 美国生物质能的研究领域

2.2.3 美国将大力开发燃料乙醇和生物燃油

2.3 德国

2.3.1 德国生物质能的研发和应用状况

2.3.2 德国积极发展生物质能替代石油

2.3.3 德国生物柴油生产和销售状况

2.4 日本

2.4.1 日本生物质能的研究计划

2.4.2 日本生物质能发电应用状况

2.4.3 日本生物质能源综合战略分析

2.5 其它国家

2.5.1 英国大力发展生物质能产业

2.5.2 瑞典生物质能发展概述

2.5.3 巴西大力开发生物质能源

2.5.4 农业为法国发展生物燃料奠定基础

2.5.5 印度生物质能开发与利用概况

2.5.6 泰国积极拓展生物能源领域

第三章 中国生物质能开发和利用状况

3.1 中国生物质能发展概述

3.1.1 我国生物质能的资源概况

3.1.2 解析我国发展生物质能的动因

3.1.3 我国对生物质能的应用状况

3.1.4 我国生物质能发展的示范工程

3.1.5 我国发展生物质能的主要成就

3.2 全国各地生物质能利用情况

3.2.1 四川省生物质能资源及利用状况

3.2.2 内蒙古生物质能源发展状况及开发建议

3.2.3 湖北省生物质能集约化应用方向与途径

3.2.4 上海生物质能发展环境与建议

3.3 开发与利用生物质能存在的问题与对策

3.3.1 生物质能利用尚存三大瓶颈

3.3.2 消极因素阻碍生物质能的发展

3.3.3 生物质能开发与国外相比存在的差距

3.3.4 我国发展生物质能的主要策略

3.3.5 未来生物质能发展的基本方向

第四章 中国农村生物质能的开发与利用

4.1 农村生物质能的资源状况

4.1.1 我国农村农作物秸秆资源丰富

4.1.2 农村畜禽养殖场粪便资源状况

4.1.3 林业及其加工废弃物资源状况

4.2 农村生物质能源利用状况

4.2.1 我国农村生物质能利用状况回顾

4.2.2 发展农村生物质能对能源农业的意义

4.2.3 我国农村生物质能开发的主要策略

4.2.4 未来农村生物质能发展战略目标

4.3 主要地区农村生物能源利用状况

4.3.1 江苏农村的生物质能利用状况

4.3.2 北京加速农村生物质能源推广

4.3.3 吉林生物质能源项目的使用概况

第五章 生物质能开发与应用技术分析

5.1 生物质能技术的相关介绍

5.1.1 生物质液化技术

5.1.2 生物质气化技术

5.1.3 生物质发电技术

5.1.4 生物质热解综合技术

5.1.5 生物质固化成型技术

5.2 世界生物质能开发技术分析

5.2.1 国外生物质能技术的发展状况

5.2.2 世界种植“石油”作物技术概况

5.2.3 欧洲生物质能开发与利用技术分析

5.3 中国生物质能技术的发展

5.3.1 我国生物质能技术的主要类别

5.3.2 中国生物质热解液化技术概要

5.3.3 我国生物质能技术存在的主要问题

5.3.4 发展我国生物质能利用技术的策略

5.3.5 我国生物质能利用技术开发建议

第六章 生物柴油

6.1 生物柴油简介

6.1.1 生物柴油的概念

6.1.2 生物柴油的特性

6.1.3 生物柴油的生产工艺

6.1.4 生物柴油的优势与效益

6.2 生物柴油生产的原料来源

6.2.1 油菜成为生物柴油的首选原料

6.2.2 用廉价废旧原料生产生物柴油

6.2.3 花生油下脚废料开发出生物柴油

6.2.4 潲水油可以成为生物柴油原料

6.3 国际生物柴油行业分析

6.3.1 世界生物柴油发展迅速的原因

6.3.2 欧盟生物柴油行业发展现状

6.3.3 美国生物柴油行业发展状况

6.3.4 巴西将提前实现生物柴油发展目标

6.3.5 2007年德国将是生物柴油净出口国

6.3.6 2007年马来西亚将提高生物柴油产量

6.4 我国生物柴油产业发展概述

6.4.1 发展生物柴油的必要性和可行性

6.4.2 我国生物柴油产业尚在初级阶段

6.4.3 我国生物柴油技术发展的成就

6.5 2005-2007年生物柴油产业发展分析

6.5.1 2005年“生物柴油”植物栽培获突破

6.5.2 2006年生物柴油产业迎来投资高潮

6.5.3 2007年环保生物柴油试产成功

6.6 生物柴油发展中的问题与对策

6.6.1 我国生物柴油商业化应用的障碍

6.6.2 突破生物柴油产业发展瓶颈的对策

6.6.3 价格和原料供应问题的解决途径

6.6.4 解析生物柴油发展中的法律欠缺

6.6.5 推动中国生物柴油发展的政策建议

6.7 生物柴油产业发展前景分析

6.7.1 生物柴油在国内的商业化未来

6.7.2 我国生物柴油的市场前景广阔

第七章 燃料乙醇

7.1 燃料乙醇简介

7.1.1 燃料乙醇含义

7.1.2 燃料乙醇的重要作用

7.1.3 变性燃料乙醇简介

7.1.4 变性燃料乙醇国家标准

7.2 燃料乙醇生产原料分析

7.2.1 甘蔗是理想的燃料酒精作物

7.2.2 玉米生产燃料乙醇潜力巨大

7.2.3 不同类型原料的综合比选

7.2.4 发展燃料乙醇原料产业的建议

7.3 国际燃料乙醇产业分析

7.3.1 世界燃料乙醇工业发展回顾

7.3.2 欧洲国家推广应用燃料乙醇概况

7.3.3 乙醇燃料在美国的应用推广过程

7.3.4 巴西政府大力发展燃料乙醇工业

7.3.5 全球燃料乙醇替代汽油展望

7.4 中国燃料乙醇产业分析

7.4.1 中国燃料乙醇的生产与应用回顾

7.4.2 中国燃料乙醇推广的实践经验

7.4.3 我国发展燃料乙醇工业的基本原则

7.4.4 燃料乙醇企业面临成本高的难题

7.4.5 发展国内燃料乙醇工业的若干建议

7.5 中国燃料乙醇市场分析

7.5.1 我国燃料乙醇市场简况

7.5.2 燃料乙醇定价与经济性分析

7.5.3 燃料乙醇需求增加使玉米供应出现缺口

7.5.4 推广应用燃料乙醇的经验策略

7.6 燃料乙醇的发展前景和趋势

7.6.1 未来燃料乙醇工业发展前景展望

7.6.2 我国燃料乙醇工业市场前景广阔

7.6.3 木薯制造燃料乙醇的市场前景广阔

第八章 生物质能发电

8.1 国际生物质能发电情况

8.1.1 世界生物质能发电技术日趋成熟

8.1.2 北美地区生物质能发电发展概况

8.1.3 欧盟地区生物质能发电发展分析

8.1.4 生物质能发电未来的前景预测

8.2 中国生物质能发电产业分析

8.2.1 加快生物质发电的必要性和可行性

8.2.2 内地主要生物质发电项目建设情况

8.2.3 发展生物质发电对新农村建设意义重大

8.3 沼气发电

8.3.1 发展我国农村沼气发电的意义重大

8.3.2 我国农村沼气发电的应用技术分析

8.3.3 沼气综合利用发电的经济效益分析

8.3.4 沼气发电商业化发展的障碍与对策

8.3.5 未来我国农村沼气发电的发展前景

8.4 2004-2006年沼气发电项目运行状况

8.4.1 2004年无锡市的沼气发电电量大增

8.4.2 2005年浙江省最大的沼气发电项目成功运行

8.4.3 2006年四川首个沼气发电站在双流建成

8.4.4 2006年徐州建成首家沼气发电工程

8.4.5 2006年兰州大型沼气发电机组试车成功

8.5 秸秆发电

8.5.1 中国秸秆发电发展概况

8.5.2 中国应着力推进秸秆发电事业

8.5.3 国内秸秆发电的技术分析

8.6 生物质气化发电

8.6.1 发展生物质气化发电技术的意义

8.6.2 中国生物质气化发电技术的现状

8.6.3 中小型气化发电技术的现状和问题

8.6.4 生物质气化发电技术的经济性分析

8.6.5 生物质气化发电技术应用市场分析

8.6.6 生物质气化发电技术的发展策略

8.6.7 国家对生物质气化发电的政策支持

第九章 生物质能产业投资分析

9.1 投资生物质能产业的政策环境

9.1.1 我国开发生物质能的有利政策

9.1.2 发展生物质能的财政政策解读

9.1.3 农村能源发展的政策保障与战略思考

9.1.4 我国燃料乙醇工业的相关政策剖析

9.2 投资机会与投资成本分析

9.2.1 中国优先发展的生物能源项目

9.2.2 燃料乙醇行业已成投资热点

9.2.3 国内推广生物柴油的时机成熟

9.2.4 投资生物柴油的经济成本分析

9.3 投资生物质能产业的若干建议

9.3.1 生物质能利用应考虑的几个因素

9.3.2 投资生物质能发电项目亟需谨慎

9.3.3 开发燃料乙醇应关注三大问题

第十章 生物质能利用的发展前景

10.1 全球生物质能的发展前景分析

10.1.1 未来全球将面临能源危机的挑战

10.1.2 全球生物能源利用潜力预测

10.1.3 全球生物质能的发展前景广阔

10.2 中国生物质能的利用前景

10.2.1 我国开发利用生物质能具有广阔前景

10.2.2 我国生物质能资源潜力巨大

10.2.3 中国林业发展生物质能源潜力巨大

10.3 生物质能利用技术的未来展望

10.3.1 生物质能源技术市场前景广阔

10.3.2 未来生物质能应用技术的发展方向

10.3.3 我国生物质能利用技术发展目标

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2.生物质常温固化成型技术，简称CZSN技术，它把秸秆、杂草、灌木枝条乃至果壳果皮等农林废弃物在常温下压缩成热值达2850至4500大卡的高密度燃料棒或颗粒，比传统的燃烧效率高4倍，成为燃烧方式、热值均接近煤炭却基本无污染物排放的高品位清洁能源，为城市、农村生活用能及工业用能提供了一种既环保又经济、安全的绿色消费方式。

3.原本只能被高端用户使用的生物压缩燃料一旦实现产业化，将像当年小巧的半导体收音机走入千家万户一样，方便、快捷地走入城市与农村，取代燃煤、燃油，从而大幅度地改变我国能源利用结构。

这项技术就是北京惠众实科技有限公司开发的生物质常温固化成型技术，简称CZSN技术，它把秸秆、杂草、灌木枝条乃至果壳果皮等农林废弃物在常温下压缩成热值达2850至4500大卡的高密度燃料棒或颗粒，比传统的燃烧效率高4倍，成为燃烧方式、热值均接近煤炭却基本无污染物排放的高品位清洁能源，为城市、农村生活用能及工业用能提供了一种既环保又经济、安全的绿色消费方式。

有关专家介绍，在世界范围内，生物质能应用的瓶颈主要是储运、压缩成本过高。在直接燃烧方面，国外现行的技术一种是简单地将秸秆等生物质材料打包后燃烧，我国正在大量引进的丹麦TWE秸秆发电技术就是这种，因为压缩比例小，仍未解决原材料的收集半径问题，从而只能建设小型发电厂；另一种是瑞典、美国等国的热成型技术，是把粉碎后的生物质在摄氏170度至220度的高温及高压下压缩成每立方米625公斤的高密度成型燃料，极大地降低了生物质的储运成本，提高了燃烧效率。但这种成型燃料成本过高，欧洲市场售价每吨110至150欧元，在我国生产时每吨售价高达1000元，只能供对燃料环保、清洁性能要求很高的炭炉、壁炉等使用。

而CZSN技术通过独创的纤维碾切搭接技术，在常温下把粉碎后的生物质材料压缩成同样的高密度成型燃料，由于不需要在加热的条件下生产，能耗比国外同类产品降低50%，成型设备体积减少70%，综合生产成本降低60%以上。去掉购买秸秆的原料成本，每生产1吨燃料的加工成本仅100多元，市场售价每吨385元即可保证生产、流通各环节的盈利。

CZSN发明人车战斌介绍，国外热成型技术包括烘干、加热、降温等一系列设备，组成一条庞大的生产线，只能在固定的场地内车间化生产；而他的CZSN成型设备只有一台机器。如果把国外的热成型设备比喻成一列火车，他的设备就是一辆汽车，可大可小，移动方便，操作也很简单，可以在农村建立各种规模的生物燃料加工厂，还可以与联合收割机配套使用，在田间直接将秸秆压缩成仅有原体积1/9至1/10的高密度燃料颗粒。

在惠众实公司设在清华大学校内的实验室看到，与CZSN燃料配套的炉具使用十分方便，只需要一次性将大量颗粒状燃料投入料斗中，用打火机直接点燃燃料棒，燃烧时用附设的旋钮调节燃料投放的多少，从而调控火力的大小，燃烧状态与秸秆、木材等原材料燃烧时完全一样，火大时火势熊熊，火力很旺，而且无烟无呛味。实验人员介绍，由于燃烧充分，灰烬的体积只有燃料体积的1/10，日常使用可以十天半月加一次燃料、清理一次灰烬。使用方式与早期的燃气灶相近，却比燃气灶具安全、比燃煤灶具干净。

车战斌介绍说，秸秆、薪柴等生物质能源在我国农村能源消费中一直占据着十分重要的地位，我国每年消耗2亿吨标煤的生物质能来满足农村炊事和取暖等生活用能的需要。由于农户所用的炉灶燃烧效率只有18%左右，通常每个农户1年要烧掉8吨左右秸秆。CZSN技术的燃烧效率达到90%，比传统的燃烧效率高4倍，每个农户消耗2吨秸秆就可以满足全年的生活用能需要。现有的烧柴、煤炉灶只需要加一个专用炉芯，就可以改造为CZSN 适用的炉灶，成本只需几十元。同时，由于这种产品外观清洁，环保性能优异，使用成本远低于燃气、燃油、燃电，在城市也会有广阔的市场前景。用于生物质材料的气化、液化、发电、造纸等领域，可以降低2/3的储运成本，为生物质能的大规模应用提供了可能。

车战斌介绍说，秸秆、薪柴等生物质能源在我国农村能源消费中一直占据着十分重要的地位，我国每年消耗2亿吨标煤的生物质能来满足农村炊事和取暖等生活用能的需要。由于农户所用的炉灶燃烧效率只有18%左右，通常每个农户1年要烧掉8吨左右秸秆。CZSN技术的燃烧效率达到90%，比传统的燃烧效率高4倍，每个农户消耗2吨秸秆就可以满足全年的生活用能需要。现有的烧柴、煤炉灶只需要加一个专用炉芯，就可以改造为CZSN 适用的炉灶，成本只需几十元。同时，由于这种产品外观清洁，环保性能优异，使用成本远低于燃气、燃油、燃电，在城市也会有广阔的市场前景。用于生物质材料的气化、液化、发电、造纸等领域，可以降低2/3的储运成本，为生物质能的大规模应用提供了可能。

光合作用研究的重大战略意义。光合作用是地球上最大规模的利用太阳能把二氧化碳和水等无机物合成有机物并放出氧气的过程。它是地球氧气的主要来源。当今人类文明所需的化石燃料都是古代植物光合作用直接和间接的产物。自1772年发现光合作用以来，围绕光合作用的研究一直是国际竞争相当激烈的前沿科学领域之一，也一直是生命科学领域长盛不衰的研究热点。光合作用吸能、传能和转能的分子机理及其调控原理是光合作用研究的核心问题。对光合作用能量传递和转化机理及其调控原理的揭示，对光合膜蛋白复合物空间结构解析，将可能使光合膜系统成为第一个在原子水平上，以物理和化学概念进行解释的复杂生物膜系统。该研究领域不仅本身具备重大的理论价值，还能跨越物理世界与生命世界的鸿沟，推进多个前沿领域的发展，为开辟21世纪的新兴产业提供理论依据和科学技术信息。在这一科学前沿领域内，在我国光合作用研究取得优异成果的基础上，进一步组织多学科交叉，有机结合，优势互补，不失时机地开展研究，有望在短期内取得在国际上具有重要影响的成果，在若干方面取得国际领先的地位，并能为在农业、生物质能源中的应用作出重大贡献，为经济发展提供强大的推动力。

国际生物质能的发展现状。美国高度重视生物质能研发，提出未来10年政府投入1500亿美元带动可再生能源的开发，并于2009年拨款10亿美元作为生物质能研发经费。美国生物质能研发的内容非常广泛，非常重视提高光能利用效率的研究。欧盟是最重视环保和锐意开发新能源的发达国家，其中瑞典、德国等国在可再生能源利用方面走在前列。欧盟一直重视生物质能的研发，已实行了7个框架计划，其生物柴油的产业化是全球规模最大的。巴西则是发展中国家最重视生物质能利用的，其经验很值得我国借鉴。

发展生物质能对于我国的重大战略意义。这表现在三个方面：（1）我国面临能源短缺的严峻形势，必须及早改善能源消费结构；（2）清洁燃料的供应能力密切关系着国民经济的可持续发展；（3）生物质能的开发将成为解决“三农”问题的有效途径之一。目前我国生物质能发展虽在沼气利用上有了显著成果，但整体尚未形成战略产业。为此，必须占领科学及技术的制高点，开发有自主知识产权的核心技术。

要发展生物质能，必须首先突破生物资源量的瓶颈，保证生物质资源的供应。这里关键是要在立足本国土地资源、保证粮食安全的前提下建立稳定的能源植物产业基地。如何提高对太阳能生物转化的机制的认识，则是利用光合作用进行太阳能光生物转化的科技与产业的关键

进入21世纪以来，我国面临的能源安全和环境生态保护问题日趋严峻，可再生能源已经成为能源发展战略的重要组成部分以及能源转型的重要发展方向。根据可再生能源应用的不同领域，电力系统建设正在发生结构性转变，可再生能源发电已开始成为电源建设的主流。生物质发电技术是目前生物质能应用方式中最普遍、最有效的方法之一。

装机容量世界第一

生物质能是重要的可再生能源，开发利用生物质能，是能源生产和消费革命的重要内容，是改善环境质量、发展循环经济的重要任务。为推进生物质能分布式开发利用，扩大市场规模，完善产业体系，加快生物质能专业化多元化产业化发展步伐。截至2020年底，全国已经投产生物质发电项目有1353个。

在国家大力鼓励和支持发展可再生能源，以及生物质能发电投资热情高涨，各类生物质发电项目纷纷建设投产等推动下，我国生物质能发电技术产业呈现出全面加速的发展态势。2020年，生物质发电新增装机543万千瓦，累计装机达2952万千瓦。我国生物质发电装机容量已经是连续三年列世界第一。

生物质发电主要包括农林生物质发电、垃圾焚烧发电和沼气发电。2020在，在我国生物质发电结构中，垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大，达到51.9%其次是农林生物质发电，累计装机容量占比为45.1%沼气发展累计装机容量占比仅为3.0%。

生物质能发电量稳定增长

近年来，我国生物质能发电量保持稳步增长态势。2020年，中国生物质年发电量达到1326亿千瓦时，同比增长19.35%。

从发电量结构来看，垃圾焚烧发电量最大，2020年中国垃圾焚烧发电量为778亿千瓦时，占比为58.6%农林生物质发电量为510亿千瓦时，占比为38.5%2020年沼气发电量为37.8亿千瓦时，占比为2.9%。

随着生物质发电快速发展，生物质发电在我国可再生能源发电中的比重呈逐年稳步上升态势。截至2020年底，我国生物质发电累计装机容量占可再生能源发电装机容量的3.2%总发电量占比上升至6.0%。生物质能发电的地位不断上升，反映生物质能发电正逐渐成为我国可再生能源利用中的新生力量。

垃圾焚烧发电量将持续增长

在我国生物质发电结构中，垃圾焚烧发电累计装机容量占比最大。国内生活垃圾清运量和无害化处理率保持持续增长，对于垃圾焚烧的需求也在日益增加。为满足垃圾焚烧消纳生活垃圾的需求，随着垃圾焚烧发电市场从东部地区向中西部地区和乡镇转移，垃圾焚烧发电量将持续增长。

农林生物质发电项目利用小时数从2018年开始逐年走低，主要原因是可再生能源补贴拖欠对农林生物质发电项目影响较大。根据统计，2019年农林生物质发电利用小时数超过5000h的项目未188个，总装机为526万千瓦。据此判断约50%的项目在承受电价补贴拖欠的压力下，仍坚持项目运营。2020年农林生物质发电新增装机容量也有所下降，为217万千瓦。

山东生物质发电全国领先

总体上来看，生物质发电整体呈现东强西弱的局面。东部和南部沿海地区发展较好。

2020年，全国生物质发电量排名前五位的省份是山东、广东、江苏、浙江和安徽，发电量分别为365.5万千瓦、282.4万千瓦、242.0万千瓦、240.1万千瓦和213.8万千瓦。

2020年，全国生物质发电新增装机容量排名前五位的省份是广东、山东、江苏、浙江和安徽，分别为67.7万千瓦、64.6万千瓦、41.7万千瓦、38.9万千瓦和36.0万千瓦。

—— 更多数据请参考前瞻产业研究院《中国生物质能发电产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

《中华人民共和国可再生资源法》第十六条规定，国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料，鼓励发展能源作物。

《中华人民共和国循环经济促进法》第三十四条规定，国家鼓励和支持农业生产者和相关企业采用先进或者适用技术，对农作物秸秆、畜禽粪便、农产品加工业副产品、废农用薄膜等进行综合利用，开发利用沼气等生物质能源。

国务院办公厅《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》中的基本原则是统筹规划，重点突出；因地制宜，分类指导；科技支撑，试点示范；政策扶持，公众参与。以及大力推进产业化，加大政策扶持力度。

2009年1号文件《中共中央国务院关于2009年促进农业稳定发展农民持续增收的若干意见》中的第7条：加快发展畜牧水产规模化标准化健康养殖。

国家各部委相关政策

国家发改委的“生物质能综合利用示范项目”中示范内容有：生物质成型燃料。以农作物秸秆、林木枝桠材、农林产品加工剩余物等生物质为原料，生产颗粒状、棒状和块状等致密成型燃料，主要用于为农村和小城镇居民提供炊事、取暖等生活燃料，多余产品可向市场出售。通过示范项目建设，完善生物质成型技术，建立生物质成型燃料的商业化经营模式。

农业部的《农业生物质能产业发展规划》：到2010年，重点在东北粮食主产区、黄淮海粮食主产区和长江中下游粮食主产区建设村镇级秸秆固化成型燃料示范点500处。

财政部的《生物能源和生物化工非粮引导奖励资金管理暂行办法》第二条中央财政安排生物能源和生物化工非粮引导奖励专项资金，用于支持以非粮为原料的生物能源和生物化工放大生产，优化生产工艺，促进生物能源和生物化工产业健康发展，专项资金支持范围：（一）秸秆类木质纤维制乙醇放大生产示范；《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》第四条支持对象为从事秸秆成型燃料、秸秆气化、秸秆干馏等秸秆能源化生产的企业。工业和信息化部的《国家长期粮食安全中长期规划纲要（2008~2020年）》中第四点：保障粮食安全的主要任务。（二）利用非粮食资源。加快农区和半农区节粮型畜牧业发展，积极推行秸秆养畜。转变畜禽饲养方式，促进畜牧业规模化、集约化发展，提高饲料转化效率。

科技部的《国家科技支撑计划“十一五”发展纲要》第4点农业中的重大项目（1）农林生物质工程。以充分利用我国农林生物质材料、促进循环农业发展为目标，以农作物秸秆、林业采伐及加工剩余物、畜禽粪便等农林剩余物及能源植物为主要原料，重点研究高活性糖化酶和纤维素酶制造、共代谢基因工程菌构建、非相变产物分离、分子合成、接枝共聚、生物可燃气高效转化、低成本农林生物质集储、专用能源植物培育等共性关键技术，突破农林生物质转化过程中降解与改性、分离与合成、能源和材料转化等环节的技术瓶颈，构建农林生物质转化创新技术平台。

环境保护部《关于公布资源综合利用企业所得税优惠目录（2008年版）的通知》中三、再生资源第16项综合利用的资源指：农作物秸秆及壳皮，包括粮食作物秸秆、农业经济作物秸秆、粮食壳皮、玉米芯。生产的产品是代木产品、电力、热力及燃气。技术标准要求产品原料70%以上来自所列资源。

国家税务总局《关于发展生物能源和生物化工财税扶持政策的实施意见》中规定了生物能源与生物化工财税扶持政策的原则是：国家鼓励利用秸秆、树枝等农林废弃物，利用薯类、甜高粱等非粮农作物和小桐子、黄连木等木本油料树种为原料加工生产生物能源，鼓励开发利用盐碱地、荒山和荒地等未利用土地建设生物能源原料基地。今后将具备原料基地作为生物能源行业准入与国家财税政策扶持的必要条件。介绍了秸秆高效生态循环利用技术集成创新工程：秸秆高效生态循环利用工程技术，是以玉米秸秆制取低浓度酒精技术、秸秆固体燃料烘干果蔬技术、秸秆固体燃料烘干粮食技术为核心技术，集成 “玉米秸秆固体燃料成型技术”、“秸秆酒糟饲养牛、羊、鹅、鸭技术”、“畜禽粪污沼气发电技术”、“发酵牛粪养蚯蚓技术”、“蚯蚓养鸡鸭鱼生产绿色食品技术”、“有机肥生产技术”、清洁能源入户工程等技术，形成秸秆处理零排放的生态农业循环经济产业化模式。

申请补助资金的企业应满足以下条件：

（一） 企业注册资本金在1000万元以上。

（二） 企业秸秆能源化利用符合本地区秸秆综合利用规划。

（三） 企业年消耗秸秆量在1万吨以上（含1万吨）。

（四） 企业秸秆能源产品已实现销售并拥有稳定的用户。

详情咨询当地有关部门

2, 生物质燃料国家政策

随着发改委对二代生物质燃料乙醇补贴政策的出台，生物质能源开发市场规模的进一步开启，行业形势呈现一片大好，与之相关的压缩机、循环流化床气化炉、燃气轮机等设备的前景也是一片光明。

但由于生物质能装备研发和推广跟进之中面临技术不完善、商业模式不确定等问题，生物质能装备市场需求存在着诸多不确定性。

据悉，市场不稳定性是由于缺乏相关标准和系统支持，除政府重点支持企业外，中小企业的生物质能产品在进入市场销售中时常受阻。

补贴政策相关研究报告

此外，该产业的竞争平台并不公平。“国家对生物质能产业有优惠、补贴和奖励政策，但这些政策很难落实到生物质能源装备中小企业。”有关专家表示。

一种能源想要被大规模使用，必须要转换成电能。这几种能源中，长久看来，核能早晚会成为核心地位的能源。太阳能发电目前开发成本过高，而且生产电板过程中污染较严重，光热利用规模有限。风能对地理的要求颇高，地域性要求较高，转换效率低，另外最致命的是风能发电量小。氢能基本上是设想，实验室都没怎么实现。生物质能会获得一定发展，最终的目的是将生物质能压块，处理成煤的形式来使用，应该会得到较大发展。生物质能最大缺点是能量密度太低，对生物质的收集，或者说能量的富集是生物质能最大的瓶颈。地热能海洋能概念大于实用。所以基本上，若干年后，核能是主流，如果能解决核聚变，那么太阳能是主流，生物质能风能只能当配角，其他的基本上概念性更大。（纯属个人观点）

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

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生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

特点：

1)含水率较高，最大可达30%-45%。水分有利于降低油的黏度、提高稳定性，但降低了油的热值；

2)pH值低，故贮存装置最好是抗酸腐蚀的材料；

3)密度比水大，与水的比值约为1.2；

4)具有“老化”倾向，加热不宜超过80℃，宜避光、避免与空气接触保存；

5)润滑性能好。

6）优良的环保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、生物柴油的生物降解性高达98％，降解速率是普通柴油的2倍，可大大减轻意外泄漏时对环境的污染；

7）较好的低温发动机启动性能；

8）较好的安全性能：闪点高，运输、储存、使用方面安全；

生产方法

利用油脂原料合成生物柴油的方法；用动物油制取的生物柴油及制取方法；生物柴油和生物燃料油的添加剂；废动植物油脂生产的轻柴油乳化剂及其应用；低成本无污染的生物质液化工艺及装置；低能耗生物质热裂解的工艺及装置；利用微藻快速热解制备生物柴油的方法；用废塑料、废油、废植物油脚提取汽、柴油用的解聚釜，生物质气化制备燃料气的方法及气化反应装置；以植物油脚中提取石油制品的工艺方法；用等离子体热解气化生物质制取合成气的方法，用淀粉酶解培养异养藻制备生物柴油的方法；用生物质生产液体燃料的方法；用植物油下脚料生产燃油的工艺方法，由生物质水解残渣制备生物油的方法，植物油脚提取汽油柴油的生产方法；废油再生燃料油的装置和方法；脱除催化裂化柴油中胶质的方法；废橡胶(废塑料、废机油)提炼燃料油的环保型新工艺，脱除柴油中氧化总不溶物及胶质的化学精制方法；阻止柴油、汽油变色和胶凝的助剂；废润滑油的絮凝分离处理方法。

应用

生物柴油可用作锅炉、涡轮机、柴油机等的燃料，工业上应用的主要是脂肪酸甲酯。

生物柴油是一种优质清洁柴油，可从各种生物质提炼，因此可以说是取之不尽，用之不竭的能源，在资源日益枯竭的今天，有望取代石油成为替代燃料。

柴油是许多大型车辆如卡车及内燃机车及发电机等的主要动力燃料，其具有动力大，价格便宜的优点，我国柴油需求量很大，柴油应用的主要问题“冒黑烟”, 我们经常在马路上看到冒黑烟的卡车。冒黑烟的主要原因是燃烧不完全，对空气污染严重，如产生大量的颗粒粉尘，CO2排放量高等。据美国燃料学会报道，发动机燃料燃烧产生的空气污染已成为空气污染的主要问题，如氮氧化物为其他工业部门排放的一半，一氧化碳为其他工业排放量的三分之二，有毒碳氢化合物为其他工业排放的一半。尾气中排出的氮氧化物和硫化物和空气中的水可以结合形成酸雨， 尾气中的二氧化碳和一氧化碳太多会使大气温度升高， 也就是人们常说的“温室效应”。为解决燃油的尾气污染问题及日益恶化的环境压力，人们开始研究采用其他燃料如燃料酒精代替汽油，目前燃料酒精在北美洲如美国及加拿大等和南美国家如巴西、阿根廷等已占有相当比例，装备有燃料酒精发动机的汽车已投放市场。对大多数需要柴油为燃料的大动力车辆如公共汽车、内燃机车及农用汽车如拖拉机等主要以柴油为燃料的发动机而言，燃料酒精并不适合。而且柴油造成的尾气污染比汽油大的多, 因此人们开发了柴油的代用品－－生物柴油。

其实发动机的发明家狄色尔早在1912年美国密苏里工程大会报告中说，“用菜籽油作发动机燃料在今天看起来并没有太大意义，但将来会成为和石油及煤一样重要的燃料”。1983年美国科学家首先将菜籽油甲酯用于发动机，燃烧了1000个小时。并将以可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油.。1984年美国和德国等国的科学家研究了采用脂肪酸甲酯或乙酯代替柴油作燃料，即采用来自动物或植物脂肪酸单酯包括脂肪酸甲酯，脂肪酸乙酯及脂肪酸丙酯等代替柴油燃烧。生物柴油和传统的石油柴油相比，具有以下优点：

以可再生的动物及植物脂肪酸单酯为原料，可减少对石化燃料石油的需求量和进口量；环境又好，采用生物柴油尾气中有毒有机物排放量仅为十分之一，颗粒物为普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量仅为石油柴油的10％，无硫化物和铅及有毒物的排放混合生物柴油可将排放含硫物浓度从500PPM（PPM百万分之一）降低到5PPM。

不用更换发动机，而且对发动机有保护作用。

世界各国对生物柴油的应用

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。欧洲已成为全球生化柴油的主要生产地。美国、意大利、法国已相继建成生物柴油生产装置数十座。

美国是最早研究生物柴油的国家。总生产能力1300，000吨。对生物柴油的税率为0％。美国在黄石公园进行的60万公里的行车实验，没有任何结焦现象，空气污染物排放降低了80％以上。而且使用生物柴油还吸引了附近300公里外的棕熊来到公园。美国B20是采用20％生物柴油的柴油，尾气污染物排放可降低50％以上。1992年美国能源署及环保署都提出生物柴油作为清洁燃料，美国总统克林顿1999年专门签署了开发生物质能的法令，其中生物柴油被列为重点发展的清洁能源之一，国家对生物柴油不收税。日本1995年开始研究用饭店剩余的煎炸油生产生物柴油，在1999年建立了259 升/ 天用煎炸油为原料生产生物柴油的工业化实验装置，可降低原料成本。目前日本生物柴油年产量可达400，000吨。

德国目前已拥有8个生物柴油的工厂，德国拥有300多个生物柴油加油站，并且制定了生物柴油的标准，对生物柴油不收税，2006年生物柴油产量达100万吨。

法国、意大利等欧洲国家都建立生物柴油的企业。法国雪铁龙集团进行了生物柴油的试验，通过10万公里的燃烧试验，证明生物柴油是可以用于普通柴油发动机的。其使用的标准是在普通石油柴油中添加5％的生物柴油。

可以预见生物柴油作为一种重要的清洁燃料将在大型汽车行驶中发挥重要作用。

■生物柴油的化学法生产

生物柴油的化学法生产是采用生物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氢氧化钠 (占油脂重量的1%) 或甲醇钠 (Sodium methoxide) 做为触媒，在酸性或者碱性催化剂和高温（230～250℃）下发生酯交换反应（transesterification），生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产设备与一般制油设备相同，生产过程中产生10%左右的副产品甘油。

但化学法合成生物柴油有以下缺点：反应温度较高、工艺复杂；反应过程中使用过量的甲醇，后续工艺必须有相应的醇回收装置，处理过程繁复、能耗高；油脂原料中的水和游离脂肪酸会严重影响生物柴油得率及质量；产品纯化复杂，酯化产物难于回收；反应生成的副产物难于去除，而且使用酸碱催化剂产生大量的废水，废碱（酸）液排放容易对环境造成二次污染等。

化学法生产还有一个不容忽视的成本问题：生产过程中使用碱性催化剂要求原料必须是毛油，比如未经提炼的菜籽油和豆油，原料成本就占总成本的75%。因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键，因此美国己开始通过基因工程方法研究高油含量的植物（见下文“工程微藻”法），日本采用工业废油和废煎炸油，欧洲是在不适合种植粮食的土地上种植富油脂的农作物。

■生物柴油的生物酶合成法

为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae细胞生产生物柴油，转化率在80％左右，微生物细胞可连续使用430小时。

2005年6月4日，《中国环境报》报道：清华大学生物酶法制生物柴油中试成功，采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90％以上。中试产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准，并满足我国0号优等柴油标准。中试产品经发动机台架对比试验表明，与市售石化柴油相比，采用含20％生物柴油的混配柴油作燃料，发动机排放尾气中一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度显著下降，发动机动力特性等基本不变。

由于利用物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、醇用量小、无污染物排放等优点，具有环境友好性，因而日益受到人们的重视。但利用生物酶法制备生物柴油目前存在着一些亟待解决的问题：脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，一般仅为40%-60%；甲醇和乙醇对酶有一定的毒性，容易使酶失活；副产物甘油和水难以回收，不但对产物形成一致，而且甘油也对酶有毒性；短链脂肪醇和甘油的存在都影响酶的反应活性及稳定性，使固化酶的使用寿命大大缩短。这些问题是生物酶法工业化生产生物柴油的主要瓶颈。

■生物柴油的“工程微藻”法

“工程微藻”生产柴油，为柴油生产开辟了一条新的技术途径。美国国家可更新实验室(NREL)通过现代生物技术建成“工程微藻”，即硅藻类的一种“工程小环藻”。在实验室条件下可使“工程微藻”中脂质含量增加到60%以上，户外生产也可增加到40%以上，而一般自然状态下微藻的脂质含量为5%-20%。“工程微藻”中脂质含量的提高主要由于乙酰辅酶A羧化酶(ACC)基因在微藻细胞中的高效表达，在控制脂质积累水平方面起到了重要作用。目前，正在研究选择合适的分子载体，使ACC基因在细菌、酵母和植物中充分表达，还进一步将修饰的ACC基因引入微藻中以获得更高效表达。利用“工程微藻”生产柴油具有重要经济意义和生态意义，其优越性在于：微藻生产能力高、用海水作为天然培养基可节约农业资源；比陆生植物单产油脂高出几十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境，发展富含油质的微藻或者“工程微藻”是生产生物柴油的一大趋势。

■现行生物柴油标准

世界上很多国家已经拟定了生物柴油标准，从而保证柴油的质量，保证使用者更加放心的使用生物柴油。

生物柴油的国际标准是ISO 14214A另一个是ASTM国际标准ASTM D 6751，这一标准是美国所采用的标准，该标准由美国环保局1996年在“清洁空气法”的211（b）部分加以了法律确认。另一被广泛认同的是德国的DIN生物柴油系列标准，是迄今为止最为详细系统的生物柴油标准，该标准体系针对不同的制造原料有不同的DIN标准：以油菜籽和纯粹以蔬菜籽为原料的RME(rapeseed methyl ester)、PME（vegetable methyl ester）生物柴油DIN E 51606 标准，以蔬菜油脂和动物脂肪为混合原料FME （fat methyl ester）的生物柴油DIN V 51606标准。欧盟也在2003年11月颁布了EN14241生物柴油燃料标准。此外奥地利、澳大利亚、捷克共和国、法国、意大利、瑞典等国家也拟订了生物柴油燃油规范。

■德国DIN V 51606生物柴油标准

生物柴油的标准主要对以下成份进行考评：生产制造的整个反映过程，甘油的去除情况，催化剂的去除情况，酒精的去除情况，以及确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评定指针包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水份、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。生物柴油标准的规范，正在极大的推动生物柴油在这些国家的汽车工业中正式应用和合法化，同时，大量国家对生物柴油的认可也正在推动生物柴油作为一种新型可再生生物能源的国际化。

由于目前生物柴油在商用上主要以生物柴油和石化柴油的混合油的形式供应，因此，对于混合油也有标准推出。例如5%的生物柴油加95%的常规柴油的混合油需要达到2000年颁布的EN590（EN590:2000）的标准，凡是符合这一标准的混合油，都可以安全地应用于所有柴油机发动机，虽然这一混合油不需要添加任何稳定剂，但是国外也有提议称需要在EN 590:2000标准中增加这样一条：混合油中的生物柴油自身必须符合EN 14214的标准。

由于石油、煤炭等目前大量使用的传统化石能源枯竭，同时新的能源生产供应体系又未能建立而在交通运输、金融业、工商业等方面造成的一系列问题统称能源危机。

根据经济学家和科学家的普遍估计，到本世纪中叶，也即2050年左右，石油资源将会开采殆尽，其价格升到很高，不适于大众化普及应用的时候，如果新的能源体系尚未建立，能源危机将席卷全球，尤以欧美极大依赖于石油资源的发达国家受害为重。最严重的状态，莫过于工业大幅度萎缩，或甚至因为抢占剩余的石油资源而引发战争。

为了避免上述窘境，目前美国、加拿大、日本、欧盟等都在积极开发如太阳能、风能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)等可再生新能源，或者将注意力转向海底可燃冰(水合天然气)等新的化石能源。同时，氢气、甲醇等燃料作为汽油、柴油的替代品，也受到了广泛关注。目前国内外热情研究的氢燃料电池电动汽车，就是此类能源中介应用的典型代表。

能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。1913年，英国海军开始用石油取代煤炭作为动力时，时任海军上将的邱吉尔就提出了“绝不能仅仅依赖一种石油、一种工艺、一个国家和一个油田”这一迄今仍未过时的能源多样化原则。伴随着人类社会对能源需求的增加，能源安全逐渐与政治、经济安全紧密联系在一起。两次世界大战中，能源跃升为影响战争结局、决定国家命运的重要因素。法国总理克莱蒙梭曾说，“一滴石油相当于我们战士的一滴鲜血”。可见，能源安全的重要性在那时便已得到国际社会普遍认可。20世纪70年代爆发的两次石油危机使能源安全的内涵得到极大拓展，特别是1974年成立的国际能源署正式提出了以稳定石油供应和价格为中心的能源安全概念，西方国家也据此制定了以能源供应安全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在稳定能源供应的支持下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。 目前世界上常规能源的储量有的只能维持半个世纪（如石油），最多的也能维持一、两个世纪（如煤）人类生存的需求。

今天的世界人口已经突破60亿，比上个世纪末期增加了2倍多，而能源消费据统计却增加了16倍多。无论多少人谈论“节约”和“利用太阳能”或“打更多的油井或气井”或者“发现更多更大的煤田”，能源的供应却始终跟不上人类对能源的需求。当前世界能源消费以化石资源为主，其中中国等少数国家是以煤炭为主，其它国家大部分则是以石油与天然气为主。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持不到半个世纪，煤炭也只能维持一、两个世纪。所以不管是哪一种常规能源结构，人类面临的能源危机都日趋严重。

当前世界所面临的能源安全问题呈现出与历次石油危机明显不同的新特点和新变化，它不仅仅是能源供应安全问题，而是包括能源供应、能源需求、能源价格、能源运输、能源使用等安全问题在内的综合性风险与威胁。

作为世界上最大的发展中国家，中国是一个能源生产和消费大国。能源生产量仅次于美国和俄罗斯，居世界第三位；基本能源消费占世界总消费量的l/10，仅次于美国，居世界第二位。中国又是一个以煤炭为主要能源的国家，发展经济与环境污染的矛盾比较突出。近年来能源安全问题也日益成为国家生活乃至全社会关注的焦点，日益成为中国战略安全的隐患和制约经济社会可持续发展的瓶颈。上个世纪90年代以来，中国经济的持续高速发展带动了能源消费量的急剧上升。自1993年起，中国由能源净出口国变成净进口国，能源总消费已大于总供给，能源需求的对外依存度迅速增大。煤炭、电力、石油和天然气等能源在中国都存在缺口，其中，石油需求量的大增以及由其引起的结构性矛盾日益成为中国能源安全所面临的最大难题。

就可预见的未来来看，汽车不会大量减少的，但是石油危机的确会对汽车业有一定的影响，比如开发新型汽车（像混合动力、燃料电池、氢动力、太阳能等）以减轻对石油的依赖，减少一些不必要的汽车使用（主要是指私家车）以节约燃料等，但是总的来看不用担心汽车减少这个问题

新能源发展现状和趋势

部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，并在世界各地形成了一定的规模。目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。

国际能源署（IEA）对2000～2030年国际电力的需求进行了研究，研究表明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度近6%在2000～2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%，其中生物质能将占其中的80%。

目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。 我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。

新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。

太阳能发电具有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。

风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。

早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了我国自主研制的新型垂直轴风力发电机（H型）和太阳能发电进行10：3地结合，形成了相对稳定的电力输出。在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为我国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。

新型垂直轴风力发电机（H型）突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。

随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用？新能源的发展究竟会是怎样的格局？这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。