生物質能在中國的利用

李松筠 馮增興 孟 陽 才曉泉

(寧波市鄞州中學 浙江 寧波 315105)(寧波諾丁漢大學 浙江 寧波 315100)(寧波市鄞州中學 浙江 寧波 315105)(收稿日期：2016-06-04)

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知識介紹

生物質能在中國的利用

李松筠 馮增興 孟 陽 才曉泉

(寧波市鄞州中學 浙江 寧波 315105)(寧波諾丁漢大學 浙江 寧波 315100)(寧波市鄞州中學 浙江 寧波 315105)(收稿日期：2016-06-04)

生物質能作為一類重要的可再生能源,其在緩解能源供應緊張,調整能源結構以及改善區域生態環境質量等方面具有重要的戰略意義．分析了國內生物質能研究現狀，并對我國生物質能產業發展狀況作出了總結．

生物質能 需求 技術 消費 比重

1 中國能源需求現狀

21世紀以來，我國能源發展成果斐然，能源結構不斷優化，節能減排取得一定成效，科學技術不斷進步，已建成世界最大的能源供應體系，有效保障了經濟社會持續發展．但隨著我國人口的進一步增長，經濟社會進一步發展，能源資源需求不斷增加，生態環境問題日益突出，調整結構、提高能效和保障能源安全的壓力進一步加大，能源發展正面臨一系列新問題新挑戰．據國家統計局初步核算，2015年全年我國能源消費總量42.6×108t標準煤，比上年增長2.2%．煤炭消費量下降2.9%，原油消費量增長5.9%，天然氣消費量增長8.6%，電力消費量增長3.8%．煤炭消費量占能源消費總量的66.0%，水電、風電、核電、天然氣等清潔能源消費量占能源消費總量的16.9%[1]．生物質能作為一類重要的可再生能源,其在緩解能源供應緊張,調整能源結構以及改善區域生態環境質量等方面具有重要的戰略意義．

2 我國生物質能利用技術研究進展

圖1是生物質能源轉換技術及產品樹型圖[2].

圖1 生物質能源轉換技術及產品

2.1 物理轉換技術(壓縮成型技術)

生物質固化成型技術是將各類生物質原料經粉碎、干燥、高壓成型等環節使原來分散的、沒有一定形狀的原料壓縮成具有一定形狀、密度較大的成型燃料，其用途非常廣闊，可以用于鍋爐和煤氣發生爐，也可用于工業、家庭和農業園林暖房供暖．它是一種極具競爭力的燃料．目前，生物質成型燃料主要以棒狀、塊狀、顆粒狀3種形式存在．經過多年的開發研究，我國生物質固體成型燃料技術已經取得了階段性成果，研發了螺旋擠壓式、活塞沖壓式、模輥碾壓式3種固體成型燃料生產設備．促進了生物質固體成型產業的發展[3]．

2.2 化學轉換技術

2.2.1 酯交換法制取生物柴油

酯交換是指在酯類之間發生烷氧基互換的反應酯與醇之間發生的酯交換反應，又稱醇解酯交換法．生產生物柴油系采用油脂(脂肪酸甘油酯)與醇在催化劑存在或超臨界條件下進行酯交換反應(又稱醇解反應)產生脂肪酸甲酯和甘油[4]．國內大部分高校、研究所和民營能源企業等都在從事生物柴油方面的科學研究工作．我國生物柴油在產業化方面取得了較大的發展，現在已經形成了具有自主知識產權的生物柴油生產技術和工業化試驗工廠．

2.2.2 熱化學轉換技術

生物質熱化學轉換法按其加工的方法不同,大體上可分為下述幾方面:一是直接燃燒；二是氣化提供燃料氣或用于發電；三是液化制取液體產品．

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．其基本原理是將生物質原料加熱，生物質原料進入氣化爐后被干燥，伴隨著溫度的升高，析出揮發物，并在高溫下裂解(熱解)．熱解后的氣體和炭在氣化爐的氧化區與氣化介質(空氣、氧氣、水蒸氣等)發生氧化反應并燃燒．燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應，最終生成了含有一定量CO，H2，CH4，CnHm的混合氣體，去除焦油、雜質后即可燃用．這種方法改變了生物質原料的形態，使用更加方便，而且能量轉換效率比固態生物質的直接燃燒有較大的提高[5]．

液化是指通過化學方式將生物質轉換成液體產品的過程．液化技術主要有直接液化和間接液化兩類．直接液化是把生物質放在高壓設備中, 添加適宜的催化劑, 在一定的工藝條件下反應, 制成液化油, 作為汽車用燃料或進一步分離加工成化工產品．間接液化就是把生物質氣化成氣體后, 再進一步進行催化合成反應制成液體產品．

與發達國家相比, 我國生物質熱解液化技術方面的研究起步較晚, 但是近幾年也得到迅速發展．2012年，我國規模最大的生物質熱裂解液化自動化生產裝置在長春高新區投入運行，標志著我國生物質熱裂解液化自主技術首次邁入了萬噸級行列．

2.3 生物化學轉化技術

生物質生物化學轉化包括生物質水解、厭氧發酵和生物制氫等方面，主要產物為乙醇、甲烷氣、生物柴油及氫氣等．近期我國重點技術研發方向是利用甜高梁、木薯及木質纖維素等非糧食原料生產燃料乙醇, 并建設規模化原料供應基地, 建立生物質液體燃料加工企業[6]．

3 我國生物質能產業現狀

3.1 投資情況

從生物質能源各子行業的投資增速來看，從高到低依次為沼氣發電、生物質成型燃料、農林生物質發電、燃料乙醇、垃圾發電．從投資占比看，農林生物質發電、垃圾發電、燃料乙醇的投資占比最大，占比達到25%至30%．從清潔能源貢獻量(折合噸標煤)，生物質發電(含垃圾發電)占據半壁江山，接近50%；生物質成型燃料和生物液體燃料各占10%[7]．

3.2 資源量

中國工程院的咨詢報告顯示，國內各類清潔能源的資源量及占比排序分別為：生物質(11.71×108t標煤，占比54.5%)、水電(5.84×108t標煤，占比27.2%)、風電(3.35×108t標煤，占比15.5%)以及核電(0.58×108t標煤，占比2.7%)．其中，生物質資源量是水電的2倍和風電的3.5倍[8]．

3.3 產能

2013年我國生物質能、太陽能和風能的實際產能分別折合為5 191.5×104t標煤、4 722.1×104t標煤和4 117.5×104t標煤，生物質能源處在首位[8]．

國內生物質發電裝機容量850×104kW，年發電量370×108kW時；生物燃料乙醇產量每年200×104t，生物柴油每年50×104t；生物質成型燃料利用量約每年800×104t；包括沼氣在內的生物質燃氣利用量約每年160×108m3，生物質能利用總量每年約3 500×104t標準煤[8]．

3.4 消費

2013年能源消費總量為37.6×108t標準煤，其中生物質能利用占0.53%．2013年生物質發電量占全國發電量的0.80%．我國每年可以能源化利用的生物質資源總量4×108t，如果全部利用，約占2013年能源消費量的10.6%[9]．

3.5 在能源方面所占比重

據中國科學出版社發布的《世界能源中國展望》一書提供的數據可以直觀地看到，盡管目前生物質能源在我國總體能源布局中所占比重還較小，但在未來的十幾年內，生物質能源都是一種具有良好發展勢頭的可再生能源，其發展前景十分樂觀，如圖2所示[10]．

圖2 中國能源比重現狀和未來

4 結束語

我國的各項生物質能利用技術的研究已經取得了一定成果，我國生物質能產業在近十幾年內蓬勃發展，已成為最具潛力的能源產業之一．生物質能作為一項清潔的新能源，具有十分優秀的發展前景．

我國是世界上人口最多的國家, 國民經濟發展面臨著資源和環境的雙重壓力．因此，我們應當更加重視對以生物質能為代表的可再生能能源的研究，加快其產業化進程，為資源節約和環境保護作出貢獻．相信在我們的不懈努力下，一個資源節約型，環境友好型社會的建成指日可待．

1 中華人民共和國國家統計局. 2014年國民經濟和社會發展統計公報.國家統計局網站,2015-02-26

2 蔣劍春. 生物質能源轉化技術與應用.生物質化學工程,2007,41(3):59～65

3 魏偉, 張緒坤. 生物質固體成型燃料的發展現狀與前景展望.廣東農業科學,2012, 39(5):135～138

4 翟建華, 劉向欣，王蓓. 酯交換法制備生物柴油及其在我國的實踐.能源研究與信息,2006(4):17～21

5 邱鐘明,陳礪.可再生能源.北京：中國科學出版社,2004.16～19

6 王豐華,陳慶輝.生物質能利用技術研究進展.化學工業與工程技術,2009,30(03):32～35

7 證券日報.2014-11-28

8 石元春.中國能源革命不能沒有“一片”.中國能源, 2015(G00):46～49

9 中華人民共和國國家發展和改革委員會.2014中國資源綜合利用年度報告(2014).國家發改委網站，2014-10-09

10 世界能源中國展望.北京：中國科學出版社,2001.4 401