马自达研发藻类生物燃料，继创驰蓝天后又一新技术

世界上生物质能源的开发利用技术，长期以来主要是采用直接燃烧，尽管经过不断的技术改造，利用效率仍很低。为了提高效率、方便运输、贮存如多功能使用生物质能源，减少直接燃烧造成的环境污染，近几十年来，不少国家，尤其是经济发达国家，大力研究、开发利用生物质转型优化的能源技术，也就是将低品位的生物质能源转变成液体、气体、固化、电力等形式的优质新能源的技术以及高效节能技术，并开发种植“石油”植物，增加生物质能源的资源储备。

一、生物质热解综合技术

该项技术是生物质在反应器中完全缺氧或只提供有限氧和不加催化剂条件下，高温分解为生物炭、生物油和可燃气的热化学反应过程。可热解的生物质非常广泛，农业、林业和加工时废弃的有机物，都可以作为热解的原料。生物质热解后，其能量的80%-90%转化为较高品位的燃料，有很高的商业价值。农业、林业废弃生物质热解产生的固体和液体燃料燃烧时不冒黑烟，废气中含硫量低，燃烧残余物很少，减少了对环境的污染。分选后的城市垃圾和废水处理生成的污泥经热解后，体积大为缩小，臭味、化学污染和病原菌被除去在消除公害的同时，获得了能源。

热裂解工艺有以下3种类型。

1、慢速热解（烧炭法）：主要用于烧木炭业。将木材放在种型式的窑内，在隔绝空气的情况下，加热烧成木炭。一个操作期一般要几天，可得到原料重量30%-35%的木炭，烧木炭法也称木材干馏或碳化。低温干馏的加热温度为50 0-580℃，中温干馏温度为660-750℃，高温干馏温度为900-1100℃。

2、常规热解：是将生物质原料通过常规热解的装置，一般要经过几个小时的热解，可得到原料重量20%-25%的生物炭、10%-20%的生物油。

3、快速热解：是将磨细的生物质原料在快速热解装置中进行，过程经历的时间很短，只有几秒钟，热解产物中生物油的比率明显提高，一般可以达到原料重量的40%-60%，快速热解过程需要的热量以热解产生的部分气体为热源供应。

另外，国内外正在研究“闪激加热”热解气化技术，加热速率越高，热解所获得的气态和液态的燃料产品率越高。

热解所用原料和工艺不同，所得生物炭、生物油和燃料气3种产品的比率及其热值也有差异。

二、生物质液化技术

该技术是以生物质为原料，制取液体燃料的工艺。将生物质转化为液体燃料使用，是有效利用生物质能的最佳途径。其转换方法可分为热化法、生化法、机械法和化学法。生物质液化的主要产品是醇类和生物柴油。

醇类是含氧的碳氢化合物，其分子式为R-OH，其中R表示烷基。常用是甲醇和乙醇。甲醇可用木质纤维素经蒸馏获得，亦可将生物质气化产物一氧化碳与氢经催化反应合成。生产甲醇的原料比较便宜，但设备投资较大。乙醇可由生物质热解产物乙炔与乙烯合成制取，但能耗太高，采用生物质经糖化发酵制取方法较经济可行。一般情况下，乙醇生产成本的60%以上为原料所占。因此选用廉价原料对降低乙醇成本很重要。制取乙醇的原料主要有两类，一类是本质纤维原料，另一类是含糖丰富的植物原料，也可选用农业废弃物，如高梁秸、玉米秸、制糖废渣等。

乙醇作为燃料使用已有很久的历史，1900年英国就出现了以乙醇为燃料的内燃机。70年代以来的能源危机使乙醇燃料又得到发展，据统计，世界上有上千万辆汽车用汽油混合乙醇为燃料。

生物柴油是动植物油脂加定量的醇，在催化剂作用下经化学反应，生成性质近似柴油的酯化燃料。生物柴油可代替柴油直接用于柴油发动机上，也可与柴油掺混使用。生物质液体燃料的可再生性和低污染性使期成为良好的替代能源，作为动力燃料和发电能源有持久的生命力，但目前仍受到石油市场的左右。

巴西利用甘蔗大规模生产乙醇作汽车燃料，以替代进口石油，节约外汇。僵已建有480多家加工厂，年产乙醇127亿升，乙醇汽车累计量达530多万辆。美国利用玉米、马铃薯等生产乙醇，以1：10的比例渗入汽油作汽车燃料，1993年有39个工厂，年产11亿加仑乙醇，每吨玉米可产40加仑乙醇。

三、生物质气化技术

世界上研究应用生物质气化技术发展较快，主要有热解气化技术和厌氧发酵生产沼气技术等。

1、热解气化技术。国外以不同种类的生物质为原料，大都采用压力燃烧气化技术以驱动燃气轮机，还有发生炉煤气甲烷化，流化床气化炉或固定床气化炉热解气化等技术。美国、日本、加拿大、瑞典等国的气化技术已能大规模生产水煤气。

2、厌氧发酵生产沼气，是有机物在厌氧条件下被微生物分解发酵生成一种可燃性气体——沼气，又称生物气。其主要成分是甲烷，含量占60%左右。每立方米沼气的热值相当于1公斤煤的热量。

沼气是1776年由意大利物理学家A??沃尔塔在沼泽发现的。1781年法国人L?穆拉根据沼气产生的原理，将简易沉淀池改造成世界上第一个沼气发生器。但是，资本主义国家在发展工业化、城市化过程中，走了一条“先污染后治理”的路子，对沼气并未引起重视，直至20世纪七八十年代，才越来越引起世界各国的重视。不论是研究、开发、利用厌氧消化技术和大型沼气工程处理城市、工业污泥和垃圾，既治理了污染，又获得了能源。

四、生物质发电技术

1、生物质发电。对于以生物质资源为原料进行发电，工业发达国家已有成熟的技术设备，并形成一定的生产规模。美国采用这种生物质能转型优化方式有三种技术的支持：一是能源林生产技术，包括种子选型、培育和种植。美国利用退耕或轮作的土地种植能源作物，包括树和草，因为这类土地种树或草只需要很少的化肥、农药和管理费用，有利于改良土壤结构，保护水土资源，改善生态环境。二是有专用的加工设备，包括秸秆打捆机、粉碎机、木材削片、整树粉碎等设备和专用的运输工具等。三是生产设备，主要是燃烧炉、蒸汽发电装置等。而毛里求斯、哥斯达黎加等国则大量使用蔗渣发电。

1998年12月英国首座利用特殊培育的柳树为燃料的发电厂在西约克郡奠基。这座新型发电厂使用的主要燃料是生长速度很快的矮柳。该柳树3-4年便可成材。柳树的种植和采伐将使用轮作方式，采伐后立即种植，保证电厂能获得持续的燃料供应。除了柳树外，电厂还可使用农业和渔业废物作为燃料。

2、垃圾发电。随着城市化和食品、医药等工业的发展，城市垃圾迅速增加，许多城市面临着垃圾围城的困扰，大量垃圾堆放占用土地、污染环境。而卫生掩埋、焚化、就也燃烧、堆肥、填低洼地及任意倾弃，衍生出二次污染，危害生态环境和人们的健忘。随着科学技术进步，现代垃圾中被认定为可回收的成分越来越多，因而发达国家，加强了利用垃圾发电的技术研究、开发与应用。

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。

特点是：

1)资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用；

2)能量密度低，开发利用需要较大空间；

3)不含碳或含碳量很少，对环境影响小；

4)分布广，有利于小规模分散利用；

5)间断式供应，波动性大，对持续供能不利；

6)除水电外，可再生能源的开发利用成本较化石能源高。

可再生能源包括：太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。

特点是它们在自然界可以循环再生。

共性：优于不可再生能源