生物燃油 是什么?
生物油是个广泛的概念,目前通常指生物燃料油,大部分是以醇类为基础配置。
应用于餐饮,食堂,工业燃料。
生物油的组成和理化性质受多个因素影响,如原料种类、含水量、反应器类型、反应参数、产物收集方法等,但不同途径制得的生物油仍具有一些共同的性质,如水分含量高、含颗粒杂质、黏度大、稳定性差、有腐蚀性等,这与传统石化燃料(柴油、汽油)有很大不同,也给生物油用于柴油机带来了很多困难。
生物柴油是指以油料作物、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。
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州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脱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;
环境友好,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。
美国是最早研究生物柴油的国家。总生产能力300,000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2000年生物柴油产量达25万吨,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。
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。
1.2能源与环境
人类正面临着发展与环境的双重压力。经济社会的发展以能源为重要动力,经济越发展,能源消耗多,尤其是化石燃料消费的增加,就有两个突出问题摆在我们面前:一是造成环境污染日益严重,二是地球上现存的化石燃料总有一天要掘空。按消费量推算,世界石油资源在今后50年到80年间将最终消耗殆尽。到2059年,也就是世界上第一口油井开钻二百周年之际,世界石油资源大概所剩无几。另一方面,由于过度消费化石燃料,过快、过早地消耗了这些有限的资源,释放大量的多余能量和碳素,打破了自然界的能量和碳平衡,是造成臭氧层破坏,全球气候变暖,酸雨等灾难性后果的直接因素。这就是说,如果不发展出新的能源来取代化石常规能源在能源结构中的主导地位,在21世纪必将发生严重的、灾难性的能源和环境危机,是人类在下一世纪所面临的三大最可能发生的灾难之一。
1.3国家安全
固然,发展生物质能源不是获得新的能源的唯一途径,人类可以采用高技术手段获得核能源,甚至从外太空获得能源,但其中的危害也是有目共睹的。首先,核能源的发展极可能给已经不安的世界带来新的不稳定因素,甚至直接威胁到人类的生存环境;其次,各国或各集团在人类下世纪技术水平下所能到达的有限外太空区域内进行的能源开发,将不可避免地引发新的争夺或争端,其祸福不言自明。而生物质能源则不仅是最安全、最稳定的能源,而且通过一系列转换技术,可以生产出不同品种的能源,如固化和炭化可以生产因体燃料,气化可以生产气体燃料,液化和植物油可以获得液体燃料,如果需要还可以生产电力等等。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,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。
2.国外生物质能技术的发展状况
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划,在日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。
2.1沼气技术
主要为厌氧法处理禽畜粪便和高浓度有机废水,是发展较早的生物质能利用技术。80年代以前,发展中国家主要发展沼气池技术,以农作物秸秆和禽畜粪便为原料生产沼气作为生活炊事燃料。如印度和中国的家用沼气池;而发达国家则主要发展厌氧技术,处理禽畜粪便和高浓度有机废水。目前,日本、丹麦、荷兰、德国、法国、美国等发达国家均普遍采取厌氧法处理禽畜粪便,而象印度、菲律宾、泰国等发展中国家也建设了大中型沼气工程处理禽畜粪便的应用示范工程。采用新的自循环厌氧技术。荷兰IC公司已使啤酒废水厌氧处理的产气率达到10m3/m3.d的水平,从而大大节省了投资、运行成本和占地面积。美国、英国、意大利等发达国家将沼气技术主要用于处理垃圾,美国纽约斯塔藤垃圾处理站投资2000万美元,采用湿法处理垃圾,日产26万m3沼气,用于发电、回收肥料,效益可观,预计10年可收回全部投资。英国以垃圾为原料实现沼气发电18MW,今后10年内还将投资1.5亿英镑,建造更多的垃圾沼气发电厂。
2.2生物质热裂解气化
早在70年代,一些发达国家,如美国、日本、加拿大、欧共体诸国,就开始了以生物质热裂解气化技术研究与开发,到80年代,美国就有19家公司和研究机构从事生物质热裂解气化技术的研究与开发;加拿大12个大学的实验室在开展生物质热裂解气化技术的研究;此外,菲律宾、马来西亚、印度、印尼等发展明家也先生开展了这方面的研究。芬兰坦佩雷电力公司开始在瑞典建立一座废木材气化发电厂,装机容量为60MW,产热65MW,1996年运行:瑞典能源中心取得世界银行贷款,计划在巴西建一座装机容量为20-3OMW的发电厂,利用生物质气化、联合循环发电等先进技术处理当地丰富的蔗渣资源。
2.3生物质液体燃料
另一项令人关注的技术,因为生物质液体燃料,包括乙醇、植物油等,可以作为清洁燃料直接代替汽油等石油燃料。巴西是乙醇燃料开发应用最有特色的国家,70年代中期,为了摆脱对进口石油的过度依赖,实施了世界上规模最大的乙醇开发计划,到1991年,乙醇产量达到130亿升,在980万辆汽车中,近400万辆为纯乙醇汽车,其余大部分燃用20%的乙醇-汽油混合燃料,也就是说乙醇燃料已占汽车燃料消费量的50%以上。1996年,美国可再生资源实验室已研究开发出利用纤维素废料生产酒精的技术,由美国哈斯科尔工业集团公司建立了一个1MW稻壳发电示范工程:年处理稻壳12,000吨,年发电量800万度,年产酒精2,500吨,具有明显的经济效益。
2.4其它技术
此外,生物质压缩技术可书固体农林废弃物压缩成型,制成可代替煤炭的压块燃料。如美国曾开发了生物质颗粒成型燃料:泰国、菲律宾和马来西亚等第三世界国家发展了棒状成型燃料。
3.我国的生物质能源
我国基本上是一个农业国家农村人口占总人口的70%以上,生物质一直是农村的主要能源之一,在国家能源构成中也占有益要地位。
3.1生物质能资源
我国现有森林、草原和耕地面积41.4亿公顷,理论上生物质资源理可达650亿吨/年以上(在但第平方公里土地面积上,植物经过光合作用而产生的有机碳量,每年约为158吨)。以平均热值为15,000千焦/公斤计算,折合理论资源最为33亿标准煤,相当于我国目前年总能耗的3倍以上.
实际上,目前可以作为能源利用的生物质主要包括秸秆、薪柴、禽畜粪便、生活垃圾和有机废渣废水等。据调查,目前我国秸秆资源量已超过7.2亿吨,约3.6亿吨标准煤,除约1.2亿吨作为饲料、造纸、纺织和建材等用途外其余6亿吨可作为能源用途:薪柴的来源主要为林业采伐、育林修剪和薪炭林,一项调查表明:我国年均薪柴产量约为1.27亿吨,折合标准煤0.74亿吨:禽畜粪便资源量约1.3亿吨标准煤;城市垃圾量生产量约1.2亿吨左右,并以每年8%-10%的速度增,据估算,我国可开发的生物质能资源总量约7亿吨标准煤。
3.2生物质能源和利用
我国生物质的能源利用绝大部分用于农村生活能源,极少部分用于乡镇企业的工业生产:而利用方式长期来一直以直接燃烧为主,只是近年来才开始采用新技术利用生物质能源,但规模较小。普及程度较低,在国家,甚至农村的能源结构中占有极小的比例。
生物质直接燃烧方式不仅热效率低下,而且大量的烟尘和余灰的排放使人们的居住和生活环境日益恶化,严重损害了妇女、儿童的身心健康。此外,还对生态、社会和经济造成极其不利的影响:
1.在必须使用生物质能源而利用方式不合理的情况下,必然对森林等自然资源进行不合理采伐,破坏了自然植被和生态平衡;
2.对于有机垃圾、有机废水、有机废渣、禽畜粪便以及部分农业废弃物等资源没有充分加以利用,不仅造成资源浪费,而且使其成为主要的有机污染源,除造成严重的大气和水污染之外,还排放大量的温室气体,加剧了全球温室效应;
3.同时,随着经济的迅速发展和人民生活水平的提高,能源短缺问题必将成为21世纪阻碍国家经济的持续发展的重大问题,必须予以足够的重视,并采取有效措施着力加以解决。
事实上,大力开发和利用生物质能源,对于缓解21世纪的能源、环境和生态问题具有重要意义,产生诸多利益;
4.减少污染,改善人民生活条件。不管是有机污水处理、城镇垃圾能源的利用还是秸秆热解利用中一个重要的共同点解决环境污染问题,这也是大部分生物质利用的首要目标。
5.解决农村能源供应问题,提高农民生活水平。
我国农村能源供应紧张,而生物质源丰富,所以可利开展利用生物质能,可以改善农村的能量供应。提高他们的生活水平。
6.改善能源结构,减轻对对环境的压力。我国可开发的生物资源达7亿吨,如果能充分开发,可以在我国的能源消费中占重要的地方,这对改善我国能源结构,减少我国对石化燃料的依赖,进而减少我国CO2和SO2等污染物的排放,最终缓解能源消耗给环境造成的压力有重要的意义。
3.3市场需求
可以预计,随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,生物质能利用技术和装置的市场前景将会越来越广阔。主要依据:
1.目前,绝大部分农作物秸秆因得不到有效利用而就地焚烧于农田,不仅浪费了大量的能源,而成了严重的环境污染,给社会生活和经济发展造成了一定程度的负面影响。如发生在成都双流机场和首都机场的烟尘事件。逐渐富裕起来的农民,随着生活水平的提高,迫切改变原来直接燃用秸秆薪柴烟薰火燎的炊事取暖局面,以生物质可燃气作为他们的生活能源,就会改善其卫生环境,提高生活质量,减轻劳动强度。
2.众多粮食、木材、茶叶、果类等加工厂,每天都有大量的谷壳、锯末、木屑、果壳等废弃物产出堆放,利用生物质气化技术将其转换成可燃气,生产出优质能源,变废为宝,可谓一举两得。
3.禽畜粪便既是极为有害大环境污染源泉又是重要的生物质能资源,随着大型畜牧场的不断建成和发展,所产生的环境污染也日趋严重。应用厌氧技术处理禽畜粪便更具有能源与环境双重意义。
4.随着我国社会经济的迅速发展,城市人口的增多和居民生活的改善,城市的垃圾处理问题便显得日益突出。我国的以北京为例,1995年,年垃圾产量均已突破400万吨,1996年北京的垃圾量则达485万吨。采用厌氧技术处理有机垃圾,不仅可获得能源,而且达到低费用治理污染的目的。
5.我国的边远地区,生物质资源丰富,多属于缺电、少电地区,可将生物质气化发电,或供热可自产自用。
6.事买上,生物质能源技术之所以具有广阔的市场前景,其优势在于开发利用生物质能源不仅可以获得取之不尽的能源,而且具有保护环境,节省资源的功能。
3.4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。
c.相对科研内容来说,投入过少,使得研究的技术含量低,多为低水平重复研究,最终未能解决一些关键技术,如:厌氧消化产气率低,设备与管理自动化程度较差;气化利用中焦油问题没有彻底解决,给长期应用带来严重问题;沼气发电与气化发电效率较低,相应的二次污染问题没彻底解决。导致许多工程系统常处于维修或故障的状态,从而降低了系统运行强度和效率。
此外,在我国现实的社会经济环境中,还存在一些消极因素制约或阻碍着生物质能利用技术的发展、推广和应用,主要表现为:
a.在现行能源价格条件下,生物质能源产品缺乏市场竟争能力,投资回报率低挫伤了投资者的投资积极性,而销售价格高又挫伤了消费者的积极性。
b.技术标准未规范,市场管理混乱。在秸杆气化供气与沼气工程开发上,由于未有合适的技术标准和严格的技术监督,很多未具备技术力量的单位和个人参与了沼气工程承包和秸杆气化供气设备的生产,引起项目技术不过关,达不到预期目标,甚至带来安全问题,这给今后开展生物质利用工作带来很大的负面影响。
c.目前,有关扶持生物质能源发展的政策尚缺乏可操作性,各级政府应尽快制定出相关政策,如价格补贴和发电上网等特殊优惠政策。
d.民众对于生物质能源缺乏足够认识,应加强有关常识的宣传和普及工作。
e.政府应对生物质能源的战略地位予以足够重视,开发生物质能源是一项系统工程,应视作实现可持续发展的基本建设工程。
4.发展方向与对策
4.1发展方向
我国的生物质能资源丰富,价格便宜,而经济环境和发展水平对生物质技术的发展处于比较有利的阶段。根据这些特点,我国生物质的发展既要学习国外先进经验,又要强调自己的特色,所以,今后的发展方向应朝着以下几方面:
a.进一步充分发挥生物质能作为农村补充能源的作用,为农村提供清洁的能源,改善农村生活环境及提高人民生活条件。这包括沼气利用、秸杆供气和小型气化发电等实用技术。
b.加强生物质工业化应用,提高生物质能利用的比重,提高生物质能在能源领域的地位。这样才能从根本上扩大生物质能的影响,为生物质能今后的大规模应用创造条件,也是今后生物质能能否成为重要的替代能源的关键。
c.研究生物质向高品位能源产品转化的技术,提高生物质能的利用价值。这是重要的技术储备,是未来多途径利用生物质的基础,也是今后提高生物质能作用和地位的关键。
d.同时,利用山地、荒地和沙漠,发展新的生物质能资源,研究、培育、开发速生、高产的植物品种,在目前条件允许的地区发展能源农场、林场,建立生物质能源基地,提供规模化的木质或植物油等能源资源。
4.2对策
根据上面的主要发展方向,今后我国生物质利用技术能否得到迅速发展,主要取决于以下几个方面:
a.在产业化方面:加强生物质利用技术的商品化工作,制定严格的技术标准,加强技术监督和市场管理,规范市场活动,为生物质技术的推广创造良好的市场环境。
b.在工业化生产与规模化应用方面:加强生物质技术与工业生产的联系,在示范应用中解决关键的技术在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,在生产实践中提高并考验生物质能技术的可靠性和经济性,为大规模使用生物质创造条件。
c.在技术研究方面:既重点解决推广应用中出现的技术难题,如焦油处理,寒冷地区的沼气技术等,又要同时开展生物质利用新技术的探索,如生物质制油,生物质制氧等先进技术的研究。
d.制定一项生物质能源国家发展计划,引进新技术、新工艺,进行示范、开发和推广,充分而合理地利用生物质能资源。在21世纪,逐步以优质生物质能源产品(固体燃料、液体燃料、可燃气、由、执等形式)取代部分矿物燃料,解决我国能源短缺和环境污染等问题。
4.3优先领域
.秸秆能源利用
.有机垃圾处理及能源化
.工业有机废渣与废水处理及能源化
.生物质液体燃料
4.4重大关键技术
.高效生物质气化发电技术
.有机垃圾IGCC发电技术
.高效厌氧处理及沼气回收技术
.纤维素制取酒精技术
.生物质裂解液化技术
.能源植物培育及利用技术
5.结语
生物质能源在未来世纪将成为可持续能源重要部分。我国幅员辽阔,但化石能源资源有限,生物质资源丰富,发展生物质能源具有重要的战略意义和现实意义。采用高新技术将秸秆、禽畜粪便和有机废水等生物质转化为高品位能源,开发生物质能源将涉及农村发展、能源开发、环境保护、资源保护、国家安全和生态平衡等诸多利益。希望得到社会各界、各级政府、专家学者的广泛关注与支持,为我国的生物质能源事业创造有益的发展环境。
参考资料:我弄得好辛苦哒.分给我啦
生物质能的利用
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源,在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计,生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分,到下世纪中叶,采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40%以上。
目前人类对生物质能的利用,包括直接用作燃料的有农作物的秸秆、薪柴等;间接作为燃料的有农林废弃物、动物粪便、垃圾及藻类等,它们通过微生物作用生成沼气,或采用热解法制造液体和气体燃料,也可制造生物炭。生物质能是世界上最为广泛的可再生能源。据估计,每年地球上仅通过光合作用生成的生物质总量就达1440~1800亿吨( 干重 ),其能量约相当于20世纪90年代初全世界总能耗的3~8倍。但是尚未被人们合理利用,多半直接当薪柴使用,效率低,影响生态环境。现代生物质能的利用是通过生物质的厌氧发酵制取甲烷,用热解法生成燃料气、生物油和生物炭 ,用生物质制造乙醇和甲醇燃料,以及利用生物工程技术培育能源植物,发展能源农场。
生物质能的分类
依据来源的不同,可以将适合于能源利用的生物质分为林业资源、农业资源、生活污水和工业有机废水、城市固体废物和畜禽粪便等五大类。
林业资源:林业生物质资源是指森林生长和林业生产过程提供的生物质能源,包括薪炭林、在森林抚育和间伐作业中的零散木材、残留的树枝、树叶和木屑等;木材采运和加工过程中的枝丫、锯末、木屑、梢头、板皮和截头等;林业副产品的废弃物,如果壳和果核等。
农业资源:农业生物质能资源是指农业作物(包括能源作物);农业生产过程中的废弃物,如农作物收获时残留在农田内的农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等);农业加工业的废弃物,如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳氢化合物植物和水生植物等几类。
生活污水和工业有机废水:生活污水主要由城镇居民生活、商业和服务业的各种排水组成,如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠宰等行业生产过程中排出的废水等,其中都富含有机物。
城市固体废物:城市固体废物主要是由城镇居民生活垃圾,商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比较复杂,受当地居民的平均生活水平、能源消费结构、城镇建设、自然条件、传统习惯以及季节变化等因素影响。
畜禽粪便:畜禽粪便是畜禽排泄物的总称,它是其他形态生物质(主要是粮食、农作物秸秆和牧草等)的转化形式,包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。
——————替代石油将使我国资源状况化短为长——————
人类使用的三大主要能源是原油、天然气和煤炭,但它们都是不可再生的能源。据国际能源机构的统计,这三种能源还能供开采的年限,分别只有40年、50年和240年。开发新能源已成为人类发展中的紧迫课题,核能还将有所发展,太阳能、风能、地热能、波浪能和氢能这五种新能源,今后将会优先获得开发利用。另一个值得重视的新能源是可再生的生物能源。
我国虽已探明煤储量6000亿t,石油70亿t,水力发电6.8亿k但由于1978年以来我国总的能源利用率已超过30%,能源分布不均匀,能源产量低和农村能源供应短缺等因素,致使能源供应趋于紧张。开发利用生物能源,在这方面可以起到显著的缓解作用。特别是在农村年产稻壳3225万t,玉米芯1250万t,甘蔗渣400万t,棉籽壳200万t,糠醛渣30万t,人畜粪便1380万t的条件下,可用微生物作用年产沼气达14.28×108m3,相当于25.94×106t标准煤,从而彻底改变现在农村能源短缺的状况。
按目前国内外研究水平,燃料电池汽车、电动汽车、氢动力汽车等仍有很多技术上不确定性,何时投入运营是未知数。混合动力汽车造价高,而且仍以成品油消耗为主。另一方面,石油的应用不仅仅是作为交通运输的动力,其衍生的乙烯等化工产品还是比钢铁应用更广泛的基础材料。因此,发展生物能源是必然之路,眼前解决车用燃油问题,中、长期解决后石油时代的能源、原材料问题。
目前,国际上生物能源技术相对成熟,替代石油的路线是:谷物、秸杆、其它植物等-发酵-乙醇-车用油、乙烯、无毒溶剂及上百种化工、原材料产品等;另一种是利用劣质食用油、麻疯树籽等直接加工生产高品质车用柴油。无论何种生物质转化,都是我国资源的“长腿”。发展生物能源是农业大国和“缺油多煤”资源现状化短为长的最佳契机。
————发展石油替代行业有利于解决“三农”问题————
农村、农民和农业的“三农”问题、环境与资源问题,是13亿人口大国均衡发展、建立和谐社会的关键,建立庞大的“石油替代”能源体系,不仅为我国农业产业化、农村地区城市化提供良好的机遇,是我国相当长时间发展重要驱动力,也是解决这些突出问题的最佳切合点。我国最著名的农业科学家之一、中国科学院院士、中国工程院院士石元春曰前公开提出:让我国农民“种出绿色大庆”。
据科技部有关单位的调研,我国南方的甘蔗、木薯,中、东部地区的小麦、水稻,北部的土豆、玉米,西部地区的油桐。麻疯树,干旱地区的山芋,等等,都是加工转化燃料酒精、生物柴油的良好原材料。其中麻疯树籽含油率达50%,是制造生物柴油的良好材料。我国西南地区现有10万亩,到2010年种植面积可达1000万亩。国家科技部生物技术中心主任王宏广接受采访时告诉记者:目前我国富余的农副产品加工转化,确可“再造大庆”,即相当于5000万吨原油。如果把每年农民白白焚烧的秸杆收集处理后加工乙醇,替代车用油,总量可达6000万到1亿吨。已经开始用生物质能加工品全线替代石油产品的安徽丰原集团董事长李荣杰测算:只要石油不低于35美元每桶,用生物质能加工成燃料酒精、生物柴油、乙烯、聚酯等,都有利可图。
2、治理有机废弃物污染,保护生态环境
————————治理有机废弃物污染,保护生态环境——————
我国现在因利用能源而导致严重的环境污染,例如烟尘和SO2年排放量为2857万t,燃烧后的垃圾排放为年均573000万t,因薪柴之用破坏森林植被导致每年土壤流失50亿t。利用生物生产能源和对其进行利用,不仅没有环境污染问题出现,而且还可使目前污染严重的环境状况得以缓解。
数百年来在燃料王国里唱“主角”的煤和石油都是远古时代的动植物生成的,那么能否种植能源作物,直接从能源作物生产燃料?这是21世纪普遍关注的一个新问题。理想的生物燃料作物应具有高效光合能力,到目前为止,科学家们已发现了40多种能够生产“石油”的植物。
生物质能是由植物与太阳能的光合作用而贮存于地球上植物中的太阳能,最有可能成为21世纪主要的新能源之一。据估计,植物每年贮存的能量相当于世界主要燃料消耗的10倍,而作为能源的利用量还不到其总量的1%。通过生物质能转换技术,可以高效地利用生物质能源,生产各种清洁燃料,替代煤炭、石油和天然气等燃料。由此可见,发展生物质能源,对保障我国未来能源安全具有重要作用。
专家分析,石油已不是可持续发展的理想汽车燃料,过度依赖存在四大问题,包括:国内资源短缺和国际石油争夺剧烈的双重风险;汽柴油的性能已不能满足汽车高水平和高清洁的可持续发展要求;油价居高不下,用户负担增加;依靠进口,要花大量外汇,影响国内就业。巨大的国际采购会使我国原油陷入类似现在铁矿砂市场的“价格合围”。适应汽车消费需求,建设车用燃料替代体系成为必然趋势。
据了解,目前中国汽车保有量超过2000万辆,2010年将达到5000万辆至6000万辆。届时,国内汽车年生产量将达1000万辆以上,汽车用成品油市场就将有数千亿元。另一方面,环境保护逼迫中国采取石油替代技术。北京、上海等大城市较早对公共交通车辆实行天然气替代石油等措施,主要是出于环境因素。目前,天然气、煤炭、生物质能等技术路线替代石油,其燃烧排放都小于石油类40%左右。按我国城市进程,2020年前还将有4亿人口“进城”,汽车保有量将急剧增加,不采用洁净的替代能源将无法维持人类适宜的城市居住环境。有人这样计算:大城市里按每车每天用15KG汽、柴油计,100万台车即用1.5万吨汽、柴油,它将耗尽18338万立方米空气中的氧气,使之变成只含二氧化碳和和氮气等的无氧气体。又因二氧化碳比空气重得多,所以,它们大都分布在地面附近,可在100平方公里范围内堆积1.83米厚,比正常的中国人还高出一巴掌。如果没有大自然赐予的空气流动,这将是一种多么可怕的情景呀
3、广泛应用生物技术,发展基因工程
能源生物技术就是用可再生的生物资源生产各种能源产品。在这里面,农林生物技术提供能源作物,工业生物技术则将能源作物以最经济的方式加工成能源产品,这些能源产品包括以燃料乙醇、生物柴油为主的液体燃料,以甲烷为主要成分的沼气。另外,还有可再生的生物氢能。
沼气是由作物秸秆、树木落叶、人畜粪便、工业有机废物和废水等有机物质在厌氧环境中,经微生物发酵作用生成的一种可燃气体。每立方米沼气完全燃烧后的发热量约相当于3.3千克原煤产生的热量,是一种清洁、高效的可再生能源。
燃料乙醇是国内外公认的生物能源产品,能够以一定的比例与汽油和柴油等成品油混配后供车辆直接使用。
生物柴油也是近年来发展迅速并规模化使用的生物替代能源。生物柴油是以植物油如大豆油、菜籽油,其他丰富的非食用油和动物油脂如猪油、牛油、鱼油等,以及废弃的食用油为原料生产出的清洁可再生能源,是柴油优良的代用品。
发展生物制氢技术,也是为发展新能源提供技术储备。目前,各国正在竞相开发氢燃料电池,尤其是氢燃料电池驱动的汽车。
我国起步虽晚优势明显
据介绍,我国的燃料乙醇生产技术已基本成熟,可以进行规模化生产。甘蔗、甜菜、玉米、小麦、薯类、秸秆等都用于燃料乙醇的生产。国家已正式批准在吉林、河南、黑龙江和安徽四省建设总规模为年产132万吨的大型燃料乙醇装置。
我国已研制成功利用菜籽油、大豆油、米糠下脚料和野生植物小桐籽油等为原料生产生物柴油的小试或中试工艺,一些企业开发出具有自主知识产权的技术工艺,主要指标达到美国生物柴油指标。
我国沼气生产技术已经使用多年,正在不断改进。到2003年底,全国农村沼气池年产沼气46亿立方米,相当于343万吨标准煤或28亿千瓦时发电量。
在发展能源生物技术方面,我国虽然起步晚,但有自身优势。”经常往返于中美之间的美国万力科技公司技术总监孙大庆说,“首先,生物技术领域是我国高新技术领域与国外差距最小的领域,我国已经培养了一大批优秀人才,许多大学设有生命科学与生物技术领域的专业;第二,我国有着丰富的生物资源,能源生物技术产品潜在市场巨大;第三,我国虽然起步比发达国家晚,但是跨越式发展,可一步到位采用最先进的技术和设备进行研发工作。”
生物能源最大的优势就是环保。利用的就是太阳能,真个使用过程是一个太阳能循环过程,清洁无污染。其中,沼气的推广使用在提高农民生活质量的同时也节约了资源、保护了环境,燃料乙醇不但能代替部分汽油;而且排放的尾气更清洁;生物制氢为的就是的到然绕产物只有水、世界上最清洁的能源——氢;而与普通柴油相比,使用生物柴油的汽车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10,颗粒物仅为20%,二氧化碳和一氧化碳排放量仅为10%,不仅如此,生物柴油的原料来源广泛并有可再生性,如大豆油、菜籽油,而使用“废油”提炼出生物柴油更是“变废为宝”
我国最先起步的是生物质转化替代石油,即乙醇汽油。生物柴油是利用植物油脂、动物油脂等提炼的车用燃料,可直接替代柴油,低排放,无需改造发动机,而且对车辆发动机还有保护作用。世界各国对此非常重视,发展迅速,美国、加拿大、巴西、曰本、印度等都有庞大的发展计划。欧盟国家用菜油加工生物柴油,2001年加工量已达100万吨。本世纪我国==也很重视这项工作,近年来相继建成了许多年产量超万吨的生物柴油厂,预计到2010年,我国生物柴油需求量将达2000万吨。
生物醇油,其实就是醇基液体燃料民间的一种俗称,大多人称呼为生物醇油。国家标准是《GB16663-1996醇基液体燃料》。生物醇油是以甲醇(如甲醇、乙醇、丁醇等)为主要原料,按特定工艺配方,经化学勾兑合成的一种高清洁生物质液体燃料。它是以液体或者固体形式存在的。它也是一种生物质能,和核能、太阳能、风力能、水力能一样,是各国政府目前大力推广的环保洁净能源面对石化能源的枯竭,生物醇油是最有潜力的新型替代能源,深受各国企业组织的青睐。 合顺生物醇油经过十余年的实验与实践,证明完全可以被市场所接受,并得到广大用户的一致好评。
生物醇油的效果:
1、原料广泛,成本低廉。配制燃料的原料甲醇各地化工厂、化肥厂和化工市场都有销售。可就近采购加工,就地销售。
2、清洁卫生,绿色环保。该燃料含氧量高,燃烧充分,无黑烟、无积碳、不黑锅底、无残液残渣,燃烧后的废汽排放比石油液化气低80%以上,是名副其实的清洁燃料。
3、安全可靠,适用范围广。该燃料在常温常压下储存、运输和使用,无需高压钢瓶,用普通铁桶或塑料桶封口储存即可,使用方便,万一失火,用水即可扑灭,不会引发爆炸的危险,也不会因泄漏而引发中毒事件。生物醇油燃料用途广泛,完全可以替代柴油、液化气、天燃气,适用于酒店、宾馆、学校、机关等大型企业及单位团体除灶芯与普通灶芯不同外,其它基本一样,厨房、食堂使用的柴油灶或燃气灶只需更换灶芯即可使用,安装使用非常方便。
好奇的人也越来越多,为什么醇基燃料可以有这么好的市场前景,它到底是由什么组成的呢?是不是真的像说的
那样环保、干净、无污染。我先说一下我们的原料组成,顾名思义也就是由甲醇、乙醇、等数十种醇类为主要原
料而生产的燃料。现有醇类生产方法多数首先采用高温分解,从生物质原料中提取出混合产物,而后再将这种混
合产物与氢在高温、高压及催化剂作用下进行反应,之后的产物可以直接通过精炼得到醇。而新方法则主要着眼
于混合产物与氢进行反应的生产阶段,通过特殊工艺提高生产效率,并且通过减少氢的用量来降低成本,由现今
的能源问题看醇基燃料的发展,所以醇基燃料也是生物质能。而除了数十种醇之外,还有少量的添加剂,为了消除
甲醇的有害方面和不稳定性,让甲醇可以更充分更持久的燃烧。当然具体添加剂是加什么,醇基燃料的原料究竟有
几种,到底各加多少,如此精确的数据当然是只有我们的醇油实体才知道,即使是员工也不会允许被知道的。
我们知道醇类的化学式只有三种化学元素,那就是碳、氢、氧,所以醇燃烧也只是会生成二氧化碳和水,无残渣
,无有害残留。
了解醇基燃料原料的主要成分,有助于我们在生活中对其的使用。但是若想要增大其利用率,则需要在使用过程中配合醇基炉头。
醇油和液化气相比能节省20%的开支。醇油实体为你解答。