生物質化工產品拓展開發和應用

楊翰祥

摘 要：生物質遍布世界各地，其資源數量龐大，形式繁多，其中包括薪柴、農林作物、尤其是為獲取能源而種植的能源作物、農業和林業殘余物、食品加工和林產品加工的下腳料、城市固體廢棄物、生活污水和水生植物等等。中國的生物質能源資源則主要包括農林廢棄物及農林產品加工業廢棄物、薪柴、人畜糞便、城鎮生活垃圾及污水等。

關鍵詞：生物質；化工產品；開發；應用

生物質是能源領域常用的術語，是由光合作用而產生的各種有機體。生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式，一種以生物質為載體的能量，它直接或間接地來源于植物的光合作用。在各種可再生能源中，生物質能是獨持的，它是貯存的太陽能，也是惟—一種可再生的碳源。它可以轉化為常規的固態、液態和氣態燃料。化學工業耗用烴類少于整個烴類消費量的5%，但不遠的未來仍需要這些原材料。預計石油和天然氣生產在2020年后某一時期將達到峰值。假設化學加工仍優先需用烴類，能源公司為滿足這一需求將面臨新的挑戰。在本世紀初葉，可再生的生物資源將為化學工業提供大多數原材料。這將包括林業、漁業、動物飼養業和農業副產物。從某種意義來說，增加對這類原材料的依賴將成為必然。從長期看，生物煉油廠可生產寬范圍的下游化學品、燃料和其他產品。據催化劑集團資源公司（CGR）分析，從生物質制取的化學品現已占化學品總銷售額約5%，現約200種產品由發酵制取，其中前4種產品為乙醇、檸檬酸、葡糖酸和乳酸。

1 開發生物質能對中國的重要意義

1.1 促進社會經濟的發展和生態環境

生物質能一直是人類賴以生存的重要能源之一，在世界能源消耗小，生物質能具有可再生性。據有關專家預測，生物質能在未來能源結構中具有舉足輕重的地位。采用新技術生產的各種生物質替代燃料，主要用于生活、供熱和發電等方面。我國生物質能資源相當豐富，人類正面臨著經濟增長和環境保護的雙重壓力，因而改變能源的生產方式和消費方式，用現代技術開發利用包括生物質能在內的可再生能源資源，對于建立可持續發展的能源系統，促進生態環境的改善具有重大意義。

1.2 改變我國以化石燃料為主的能源結構

我國的能源生產及消費結構的共同特點是：煤炭在能源結構中長期占絕對主導地位，一般占70%以上；石油、天然氣、水電等優質能源在一次能源中的比重—直在25%左右，而且隨著能源供應量的增長優質能源比重近年來還有所下降；從不同地區的能源消費結構來看，由于沿海與內地經濟發展水平的差異，且受運輸和環境保護的制約，其能源結構也在不斷優化。生物質既是低碳燃料，在其生長過程中又大量吸收。而成為溫室氣體的匯（sink），隨著國際社會對溫室氣體減排聯合行動付諸實施。大力開發生物質能源資源，對于改善我國以化石燃料為主的能源結構，具有十分重要的意義。

1.3 發展生物基產品可減少排放

它擁有生產低排放燃料的潛力，而且可削減運輸行業的 CO2排放。除了發展生物乙醇和其他生物燃料以減少汽油消耗外，一些公司也采用生物質為原材料生產各種其他產品，包括紡織品、塑料和清洗液等，以減少碳足跡。從事生物技術開發的 Novozymes 公司在開發生物基產品用酶方面頗有作為，該公司生產的酶類用作有機物化學反應的催化劑，酶類在生物質轉化中起到關鍵作用，并且使用酶可大大降低排放。

2 生物質氣化技術

生物質氣化是利用空氣中的氧氣或含氧物作氣化劑，在高溫條件下將生物質燃料中的可燃部分轉化為可燃氣（主要是氫氣、一氧化碳和甲烷）的熱化學反應。生物質的揮發分含量一般在 76%～86%，生物質受熱后在相對較低的溫度下就能使大量的揮發分物質析出。為了提供反應的熱力學條件，氣化過程需要供給空氣或氧氣，使原料發生部分燃燒。整個過程可分為：干燥、熱解、氧化和還原。生物質氣化有多種形式，如果按氣化介質可以分為使用氣化介質和不使用氣化兩種，前者又可以細分為空氣氣化、氧氣氣化、水蒸氣氣化、氫氣氣化等，后者有熱分解氣化。不同氣化技術所得到的熱值不同，因而應用領域也有所不同。

3 作為能源利用的生物質能資源量時影響因素

首先，生物質能資源量是受多種因素影響的是隨時間變化，生物質能資源是可再生的，通過種植、增加畜禽飼養等措施，資源量可以增加，而不合理的過量消費，又會造成資源量的減少，而且這種消費對資源量的影響又有滯后性，往往在消費時并不馬上表現出來；作為重要生物質能資源的農作物秸稈及農業加工剩余物資源量又接受農作物產量的影響，而畜禽飼養量也受到農作物產量的影響，因而相應的資源量也就必然受到氣候等多種自然因素及市場價格等多種社會因素的影響；各種生物質能資源剩余物及其可利用成分是受人民生活水平等多種變化因素影響的，因此說，每年的生物質能資源量都受到當年各種具體因素影響的，是變化的，而不是一成不變的。其次，生物質能資源是—種自然資源，其本身可以有多種用途作為一種重要生物質能資源的農作物秸稈：它既可以當作燃料，也可以作為飼料、肥料和工業原料，所以在研究各種生物質可作為能源使用的資源量時，就必然會涉及其在各種不同用途之間的分配比例問題，也就必然會涉及將一種生物質能資源作為能源使用的成本問題。在考慮資源量時，應該對各種成本進行比較，選擇合理的用途。

參考文獻：

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