生物质能源论文

2024年2月21日发(作者：教育的作用)

化工导论结课论文

学 院 化工学院

专 业 化学工程与工艺六班

年 级 2015级

姓 名 王健

指导教师 唐韶坤

2016 年 1月 15日

生物质能源的产生与发展前景

王健 化工六班（3015207172）

摘要：随着能源危机及温室气体减排呼声的日益高涨，寻找替代性清洁能源就成为化解能源危机和温室效应的最佳策略。主要发达国家的技术专家和决策者都非常重视生物质能产业的开发。近年来，生物质能源呈现出新的特点。分析追踪这些新趋势和新特点，不仅有助于我们理解生物质能产业创新的规律，理性地制定生物质能产业发展战略，而且有助于我们把握生物质能产业创新的社会约束条件，科学利用并发展生物质能源，实现经济的可持续发展。

关键词：生物质能源 可持续发展 循环经济 技术

1生物质能源的定义

所谓生物质能源,

生物能是以生物为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用。在各种可再生能源中，生物质是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料的能源。是一种对环境友好的可再生资源,如燃料乙醇、生物柴油、沼气等。生物质产业近些年来在我国的发展即是农业新功能(提供生物质能源)的一个具体体现,同时也被寄予“现代农业新的增长点”的厚望,发展生物质产业已成为我国加快现代农业建设、发展农村循环经济的重大举措。

2生物质能源的产生

2.1生物质资源丰富

中国发展生物能源产业有着巨大的资源潜力。中国人口多，虽然可作为生物能源的粮食、油料资源很少，但是可作为生物能源的生物质资源有着巨大的潜力。有很多秸秆尚未利用，同时森林等资源也可以进行开发。现有可供开发的生物质能源至少能达4.5亿吨标煤，同时还有约1.33亿公顷宜农宜林荒山荒地，发展生物能源产业，利用农林废弃物，开发宜林荒地，将会极大地促进中国生物质资源开发利用，促进我国经济的转型。

2.2市场需求旺盛

随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，市场对于可再生能源的需求量将会越来越大，生物质能源的市场前景十分诱人。

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1) 国家对于能源的需求要求生物质能源产业加快发展。

以生物液体燃料乙醇和生物柴油为例：在未来几年，中国对石油进口依赖度加深、国际石油价格进入高价时代等大背景下，国内燃料乙醇产能扩大已经成为不可阻挡的趋势，燃料乙醇的利润空间也在逐渐上升，相关技术也日臻成熟。同时，中国生物柴油的发展潜力也相当大。生物柴油装置的原料需求，废弃动植物油回收每年可生产约200万吨生物柴油。近年来，中国相继建成了许多年产量过万吨的生物柴油厂。

2）生态型经济社会发展需要生物质能源。

随着国家和社会对于生态环境保护的逐步重视以及对循环经济的大力要求，生态型能源也将会越来越受欢迎。如用燃料乙醇、生物柴油来替代或部分替代常规汽油或柴油，可大幅度减少汽车有害尾气排放量，提高空气质量，减少雾霾天数。为改善农村的生产、生活环境，提高农民的生活质量，以作物秸秆、畜禽粪便、农林废弃物和环境污染物为原料，生产生物质可燃气等作为他们的生活能源，一举改变原来直接燃用秸秆薪柴的炊事取暖局面，起到既办实事又赚效益的功效。

3生物能源转换

3．1．1生物燃料乙醇

燃料乙醇指以生物物质为原料通过生物发酵等途径获得的可作为燃料用的乙醇。燃料乙醇经变性后与汽油按一定比例混合可制车用乙醇汽油。

燃料乙醇生产技术主要有第一代和第二代两种。第一代燃料乙醇技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程一般分为五个阶段，即液化、糖化、发酵、蒸馏、脱水。第二代燃料乙醇技术是以木质纤维素质为原料生产乙醇。与第一代技术相比，第二代燃料乙醇技术首先要进行预处理，即脱去木质素，增加原料的疏松性以增加各种酶与纤维素的接触，提高酶效率。待原料分解为可发酵糖类后，再进入发酵、蒸馏和脱水。

第二代燃料乙醇技术中，秸秆是首先被人们考虑的材料。在中国古代，就有- 2 -

利用秸秆制沼气的记录。近年来，由于玉米等传统制备燃料乙醇的粮食作物日益短缺，而以木薯为作物开发的技术还尚未成熟，因此，人类便把研究的目光投向了秸秆。通过微生物发酵技术，将秸秆发酵转换成燃料乙醇

3．1．2生物柴油

所谓生物柴油，是指利用各类动植物油脂为原料，与醇类物质经过交脂化反应改性，使其最终变成可供内燃机使用的一种燃料。花生、油菜籽等油料作物，以及动物油脂、废弃油渣等都可以用来炼制生物柴油。欧盟生物柴油80%的原料为双低菜籽油（低硫甙、低芥酸）。美国、巴西主要是大豆，我国主要是以木本油料、废弃油脂和微藻油脂为原料。我国在内蒙古开展了微藻固碳生物能源示范项目，同时，已在四川、贵州、海南启动小油桐生物柴油产业化示范项目。近年来，我国开发的微藻生物柴油技术凭借周期短、见效快、产率高、占地面积小等独特的优势，逐渐引起了世界各国的兴趣，正逐步引导生物柴油领域的新革命。

3．2致密成型

生物质固化成型燃料是将作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后，送入成型器械中，在外力作用下，压缩成需要的形状。然后，作燃料直接燃烧，也可进一步加工，形成生物炭。目前，我国研究和开发出的生物质固化成型机也已应用于生产，取得了良好的口碑。生产的致密成型燃料，也已应用于取暖和小型锅炉。经测定，该种燃料排放的污染物低于煤炭，是一种高效、洁净，同时还很安全的可再生能源。

3．3生物质裂解与干馏

生物质热裂解（又称热解或裂解），通常是指在无氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。采用氧气或氧气一水蒸汽作为气化剂的工业中热值煤气发生工艺仍在进行研究。固体热载体循环生物质热解气化的示范工程正在运转。气化方面的研究重点在焦油的催化裂解、煤气高温除尘、联合循环发电等方面。

生物质热裂解技术是目前世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的代用液体燃料（生物油），其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动- 3 -

力燃料的品质，甚至可以实现对柴油或汽油的替代。此外，还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分几乎没有，可视为21世纪的绿色环保燃料。

3．4生物质气化及发电

我国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。目前用于木材和省农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近900处，年生产生物质燃气2，400万立方米。兆瓦级生物质气化发电系统已经推广应用20多套，目前，国能生物号称是全球最大，产业链最完整的生物质直燃发电投资、建设、运营一体化公司。其投资的第一个国家级生物质发电示范项目国能单县生物发电项目于2006年12月1日投产。目前已建设了40多家生物质发电厂，其中24家已投入运营，总装机容量达到100万千瓦，累计发电约100亿千瓦时。此外，国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业也纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底，国家和各省发改委已核准项目87个，总装机规模220万千瓦。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个，在建项目30多个。可以看出，中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。

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。在国家的号召下，涌现出一大批优秀的科研成果和成功的应用范例，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能源技术的专家学者。在科研院所，还有很多生物质能源新技术正走出实验室，进入市场。此外，我国正逐年增加对生物质能源技术的投资，加大对生物质能源技术的支持。

(1)我国生物质能源取得的成果

我国的生物质资源十分丰富。每年农作物秸秆产量6亿吨以上，禽畜粪便总资源干物质数量约1.4亿吨，其中可发展沼气工程的规模化养殖场粪便干物质约4000万吨。从“六五”以来，我国先后对禽畜粪便厌氧消化、农作物秸秆热解- 4 -

气化、致密成型等技术进行了攻关研究和开发，已经取得了一定成绩。在厌氧消化技术方面，目前国内处理有机废弃物的沼气工程已有600多处，总池容20万立方米，年产沼气1亿立方米左右。经过10多年的研究开发，厌氧消化工艺技术已取得了较大进展。

另外，以生物质能利用技术为核心的综合利用技术模式由于其明显的经济和社会效益而得到快速发展，这也成为中国生物质能利用的特色，如“四位一体”模式，“能源环境工程”等。所谓“四位一体”就是一种综合利用太阳能和生物质能发展农村经济的模式，其内容是在温室的一端建地下沼气池，池上建猪舍、厕所。在一个系统内既提供能源，又生产优质农产品。“能源环境工程”技术是在原大中型沼气工程基础上发展起来的多功能、多效益的综合工程技术，既能有效解决规模化养殖场的粪便污染问题，又有良好的能源、经济和社会效益。其特点是粪便经固液分离后液体部分进行厌氧发酵产生沼气，厌氧消化液和渣经处理后成为商品化的肥料和饲料。

华中科技大学机械学院教授肖波将秸秆制成“微米燃料”，利用粉尘爆炸的原理，将秸秆处理成微米级的粉末，放进燃烧装置中能达到1400多度的高温，相当于石化能源燃烧的温度，从而解决了秸秆作为燃料的低效率问题，可大大拓宽秸秆工业化利用范围。

（2）我国生物质能源技术的不足：

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。

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，难以形成较高的收益，同时由于设备质量不过关，甚至会引发安全问题。

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。

（3）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：

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a．在现行能源价格条件下，生物质能源产品缺乏市场竞争能力，投资回报率低，投资者很难获得较高收益，而销售价格高又降低了消费者的积极性。

b．技术标准未规范，市场管理混乱。在秸秆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开发与生产，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，也降低了人们对生物质能源安全性的信赖程度。

c．关于生物质能源相关技术的法律法规尚不健全，各级政府应尽快制定出相关政策，在制度层面促进生物质能源的发展。

d．人们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，是实现可持续发展、促进我国经济转型的重要一步。

5我国生物质能源的发展前景

（1） 相关科研投入会增多

近年来，各国科学家已经普遍意识到生物质能源的巨大优势，并在相关领域取得令人瞩目的成就。虽然我国的生物质能源的相关技术已经日臻成熟，但是总体水平与其他发达国家还有一定差距。因此，可以预测，未来我国将会在这方面技术、资金、人力加大投入力度，促进生物质能源的加速发展。

（2） 技术成果产业化、规模化

由于生物质能源很大一部分直接来源于农副产品或生活垃圾等物品，而生物质能源同时与人们的生活息息相关。让科研成果走出实验室，走进生活，以较低的成本实现产业化，以合理的价格造福人类，将会是生物质能源的走向。

（3） 来源更加丰富

由于与粮争地仍然是生物质能源技术的主要瓶颈，随着技术的发展，出于降低成本的考虑，将会有更加适宜的原料被科学家们采用，整体将会呈现来源多样化的趋势。

6总结

随着化石燃料的日益短缺，生物质能源的重要性也日益凸显。目前世界各国都在试图在相关技术、法律等方面取得突破，从而实现摆脱对石油、煤炭、天然- 6 -

气等传统能源的依赖。可以预见，在不远的将来，生物质能源将会成为循环经济的引擎，将为人类的可持续发展做出重大贡献。

参考文献：

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[10]中国林业网（）

[11]搜狗百科（）

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