生物質能源綜述

林惠娜

（福建師范大學，福建 福州350100）

1 生物質能源的應用現狀

目前，國內外對生物質能發展主要集中在尋找生物質資源、研發生物質轉化技術、探討生物質能的生態環境效益3 個方面，生物能技術主要應用于生物乙醇燃料、生物質氣體燃料、生物制氫、生物柴油四方面。

1.1 生物乙醇燃料

生物乙醇研究的重點主要集中于能源轉化效率和溫室氣體排放兩個方面。 以秸稈為原料生產燃料酒精的工藝中存在若干亟待解決的技術難題, 纖維素酶的生產是其中難點之一。 目前提倡固體發醇,但固體發酵不可能像液體發酵那樣隨著規模的擴大而大幅度下降成本。 故從長遠發展角度來看, 應選用液體發酵技術[1]。

1.2 生物質氣體燃料

生物質氣化技術是一種熱化學處理技術，通過氣化爐將固態生物質轉換為使用方便而且清潔的可燃氣體，用作燃料或生產動力。

德國沼氣工程普遍采用產氣率高專用的青貯玉米作為主要發酵原料，產氣率是雞糞的2.5 倍，豬糞的3.4 倍，牛糞4.5 倍。[2]

我國生物燃料可持續發展的外部機遇較好，內部因素中環保指標及可再生性優勢明顯，所以要依靠內部優勢抓住外部發展機遇在最優SWOT 戰略組合選擇上，應側重SO 戰略( 即增長型戰略)，同時兼顧ST 戰略( 即特色經營戰略)，突出生物燃料的特色，努力打造我國生物燃料種植生產和銷售的產業集群。

1.3 生物制氫

生物制氫過程可以在常溫常壓下進行, 且不需要消耗很多能量。生物制氫過程不僅對環境友好, 而且開辟了一條利用可再生資源的新道路。 此外, 生物制氫過程可以和廢物回收利用過程耦合。

生物制氫過程可以分為5 類:

1）利用藻類或者青藍菌的生物光解水法;

2）有機化合物的光合細菌( P SB ) 光分解法;

3）有機化合物的發酵制氫;

4）光合細菌和發酵細菌的耦合法;

5）酶法制氫。[3]

1.4 生物柴油

所謂生物柴油，是指利用各類動植物油脂為原料，與甲醇或乙醇等醇類物質經過交脂化反應改性，使其最終變成可供內燃機使用的一種燃料。 生物柴油來自于植物油( 玉米、棉籽、海甘藍、花生、油菜籽、大豆、向日葵) 或動物脂肪。

生物柴油的主要優點在于其環境友好性, 大氣污染小, 尤其是硫含量低, 是一種優良的清潔可再生燃料。

生物柴油的制造方法有以下4 種：

（1）直接使用和混合;（2）微乳法;（3）熱解;（4）酯交換。[4]

生物柴油的生產在技術上已經基本成熟, 主要生產工藝分為化學法、生物酶法和超臨界法化。 生物柴油生產的主要問題是成本高, 制備成本的75 % 是原料成本。 降低成本是生物柴油能否實用化的關鍵, 目前仍處于試驗研究及小規模生產與應用階段。

1.5 其他典型技術的例子

奶牛-沼氣-牧草0 循環型農業生產模式, 即: 奶牛場排出的糞水經沼氣池發酵, 產生的沼氣用于牧場鍋爐燃燒, 沼液、 沼渣用于澆灌狼尾草草地, 收獲的牧草為奶牛提供青飼料。 以期通過該循環利用模式, 增強系統的自凈化能力, 實現資源的高效、 持續利用[5]。

DPSIR 模型是由歐洲環境局( EEA) 提出的，內容涵蓋資源 環境與經濟社會等多個領域，可以較為準確地描述系統的復雜性和相互之間的因果關系， 廣泛用于資源可持續利用評價 城市化與資源環境相互關系分析水資源承載力評價等研究中，其科學性、應用性已得到學術界普遍認可[6]。

在能值理論的這一特點，Brown 和Ulgiati 提出了能值可持續指標ESI，將其定義為系統能值產出率與環境負載率之比[7]。

生物質直燃發電作為CDM 項目， 引入發達國家資金和關鍵技術，不僅可有效增大系統的能值產出率，降低環境負荷，使生物質直燃發電系統更具有競爭力，還能使系統能值可持續指標提高，使之富有活力和發展潛力，可維持較長時間內的可持續發展[8]。

2 面向未來的生物能源開發戰略

2.1 可持續發展

實行清潔生產, 實現綜合利用、循環利用、盡量減少排放和能耗;將能源開發與廢物處理結合起來, 在整體、協調、再生、循環的前提下合理建設以生物能源為紐帶的生態產業園, 如沼氣工程。

2.2 因地制宜

開發生物能源一定要因地制宜, 不可盲目上馬。 除了上述的3 種有前景的生物能源產品, 沼氣、生物質氣化技 術等都值得好好推廣應用。

2.3 前瞻性

開發中國的生物能源需要做到以下的政策和軟件支持：（1） 加大宣傳。有必要通過輿論宣傳加強人們對生物能源的認識。（2）加大政府投資和扶持。在新的生物能源初始商業化階段要進行減免稅等優惠政策。（3）借鑒國外經驗, 充分調動地方和工業界的積極性。（4）加強高校對于生物能源的教育及研究。[9]

2.4 以生物質能高效利用為核心構建農村循環經濟系統

（1）對農林生物質能開發利用應充分考慮資源的有限性和利用方式的平衡。

（2）堅持以沼氣為主以太陽能和風能等新能源綜合利用系統構建能滿足農村基本用能需求的供應體系。

（3）高度關注農村能源加大政策扶持力度。

（4）創新機制推動農村新能源市場發展。

（5）創建示范工程為生物質資源有效利用不斷探索新的途徑。[10]

3 結語

開發利用生物質能, 既是我國緩解能源供需矛盾的戰略措施, 保證社會經濟持續發展的重要任務。隨著國際原油價格的持續攀升和資源的日漸趨緊, 石油供給壓力增大, 生物能源產業、 生物質材料產業的經濟性和環保意義日漸顯現, 生物質能源在不遠的將來一定會得到大力推廣。

［1］王建楠，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹士峰.我國生物質氣化技術概況與發展[J].農機化研究，2010，1.

［2］劉瑾，鄔建國.生物燃料的發展現狀與前景[J].生態學報，2008，4，28（4）.

［3-4］.王建楠，胡志超，彭寶良，王海鷗，曹士峰.我國生物質氣化技術概況與發展[J].農機化研究，2010，1（1）.

［5］奶牛-沼氣-牧草，循環型農業系統的能值分析[J].生態與農村環境學報，2 010,26(2):120-125.

［6］孫劍萍，湯兆平.基于DPSIR 模型的生物燃料-可持續發展量化評價研究：以江西省為例[J].科技管理研究，2013（4）.

［7］楊謹，陳彬，劉耕源.基于能值的沼氣農業生態系統-可持續發展水平綜合評價（以恭城縣為例）[J].生態學報，2012，7，32（13）.

［8］羅玉和，丁力行.生物質直燃發電CDM 項目可持續性的能值評價[J].農業工程學報，2009，12.

［9］楊艷，盧滇楠，李春.曹竹安.面向21 世紀的生物能源[J].化工進展，2002，21（5）.

［10］王宇波.生物質能利用方式對發展農村循環經濟的影響[J].湖北農業科學，2008，12，47（12）.