生物质能源综述

林惠娜

（福建师范大学，福建 福州350100）

1 生物质能源的应用现状

目前，国内外对生物质能发展主要集中在寻找生物质资源、研发生物质转化技术、探讨生物质能的生态环境效益3 个方面，生物能技术主要应用于生物乙醇燃料、生物质气体燃料、生物制氢、生物柴油四方面。

1.1 生物乙醇燃料

生物乙醇研究的重点主要集中于能源转化效率和温室气体排放两个方面。 以秸秆为原料生产燃料酒精的工艺中存在若干亟待解决的技术难题, 纤维素酶的生产是其中难点之一。 目前提倡固体发醇,但固体发酵不可能像液体发酵那样随着规模的扩大而大幅度下降成本。 故从长远发展角度来看, 应选用液体发酵技术[1]。

1.2 生物质气体燃料

生物质气化技术是一种热化学处理技术，通过气化炉将固态生物质转换为使用方便而且清洁的可燃气体，用作燃料或生产动力。

德国沼气工程普遍采用产气率高专用的青贮玉米作为主要发酵原料，产气率是鸡粪的2.5 倍，猪粪的3.4 倍，牛粪4.5 倍。[2]

我国生物燃料可持续发展的外部机遇较好，内部因素中环保指标及可再生性优势明显，所以要依靠内部优势抓住外部发展机遇在最优SWOT 战略组合选择上，应侧重SO 战略( 即增长型战略)，同时兼顾ST 战略( 即特色经营战略)，突出生物燃料的特色，努力打造我国生物燃料种植生产和销售的产业集群。

1.3 生物制氢

生物制氢过程可以在常温常压下进行, 且不需要消耗很多能量。生物制氢过程不仅对环境友好, 而且开辟了一条利用可再生资源的新道路。 此外, 生物制氢过程可以和废物回收利用过程耦合。

生物制氢过程可以分为5 类:

1）利用藻类或者青蓝菌的生物光解水法;

2）有机化合物的光合细菌( P SB ) 光分解法;

3）有机化合物的发酵制氢;

4）光合细菌和发酵细菌的耦合法;

5）酶法制氢。[3]

1.4 生物柴油

所谓生物柴油，是指利用各类动植物油脂为原料，与甲醇或乙醇等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。 生物柴油来自于植物油( 玉米、棉籽、海甘蓝、花生、油菜籽、大豆、向日葵) 或动物脂肪。

生物柴油的主要优点在于其环境友好性, 大气污染小, 尤其是硫含量低, 是一种优良的清洁可再生燃料。

生物柴油的制造方法有以下4 种：

（1）直接使用和混合;（2）微乳法;（3）热解;（4）酯交换。[4]

生物柴油的生产在技术上已经基本成熟, 主要生产工艺分为化学法、生物酶法和超临界法化。 生物柴油生产的主要问题是成本高, 制备成本的75 % 是原料成本。 降低成本是生物柴油能否实用化的关键, 目前仍处于试验研究及小规模生产与应用阶段。

1.5 其他典型技术的例子

奶牛-沼气-牧草0 循环型农业生产模式, 即: 奶牛场排出的粪水经沼气池发酵, 产生的沼气用于牧场锅炉燃烧, 沼液、 沼渣用于浇灌狼尾草草地, 收获的牧草为奶牛提供青饲料。 以期通过该循环利用模式, 增强系统的自净化能力, 实现资源的高效、 持续利用[5]。

DPSIR 模型是由欧洲环境局( EEA) 提出的，内容涵盖资源 环境与经济社会等多个领域，可以较为准确地描述系统的复杂性和相互之间的因果关系， 广泛用于资源可持续利用评价 城市化与资源环境相互关系分析水资源承载力评价等研究中，其科学性、应用性已得到学术界普遍认可[6]。

在能值理论的这一特点，Brown 和Ulgiati 提出了能值可持续指标ESI，将其定义为系统能值产出率与环境负载率之比[7]。

生物质直燃发电作为CDM 项目， 引入发达国家资金和关键技术，不仅可有效增大系统的能值产出率，降低环境负荷，使生物质直燃发电系统更具有竞争力，还能使系统能值可持续指标提高，使之富有活力和发展潜力，可维持较长时间内的可持续发展[8]。

2 面向未来的生物能源开发战略

2.1 可持续发展

实行清洁生产, 实现综合利用、循环利用、尽量减少排放和能耗;将能源开发与废物处理结合起来, 在整体、协调、再生、循环的前提下合理建设以生物能源为纽带的生态产业园, 如沼气工程。

2.2 因地制宜

开发生物能源一定要因地制宜, 不可盲目上马。 除了上述的3 种有前景的生物能源产品, 沼气、生物质气化技 术等都值得好好推广应用。

2.3 前瞻性

开发中国的生物能源需要做到以下的政策和软件支持：（1） 加大宣传。有必要通过舆论宣传加强人们对生物能源的认识。（2）加大政府投资和扶持。在新的生物能源初始商业化阶段要进行减免税等优惠政策。（3）借鉴国外经验, 充分调动地方和工业界的积极性。（4）加强高校对于生物能源的教育及研究。[9]

2.4 以生物质能高效利用为核心构建农村循环经济系统

（1）对农林生物质能开发利用应充分考虑资源的有限性和利用方式的平衡。

（2）坚持以沼气为主以太阳能和风能等新能源综合利用系统构建能满足农村基本用能需求的供应体系。

（3）高度关注农村能源加大政策扶持力度。

（4）创新机制推动农村新能源市场发展。

（5）创建示范工程为生物质资源有效利用不断探索新的途径。[10]

3 结语

开发利用生物质能, 既是我国缓解能源供需矛盾的战略措施, 保证社会经济持续发展的重要任务。随着国际原油价格的持续攀升和资源的日渐趋紧, 石油供给压力增大, 生物能源产业、 生物质材料产业的经济性和环保意义日渐显现, 生物质能源在不远的将来一定会得到大力推广。

［1］王建楠，胡志超，彭宝良，王海鸥，曹士峰.我国生物质气化技术概况与发展[J].农机化研究，2010，1.

［2］刘瑾，邬建国.生物燃料的发展现状与前景[J].生态学报，2008，4，28（4）.

［3-4］.王建楠，胡志超，彭宝良，王海鸥，曹士峰.我国生物质气化技术概况与发展[J].农机化研究，2010，1（1）.

［5］奶牛-沼气-牧草，循环型农业系统的能值分析[J].生态与农村环境学报，2 010,26(2):120-125.

［6］孙剑萍，汤兆平.基于DPSIR 模型的生物燃料-可持续发展量化评价研究：以江西省为例[J].科技管理研究，2013（4）.

［7］杨谨，陈彬，刘耕源.基于能值的沼气农业生态系统-可持续发展水平综合评价（以恭城县为例）[J].生态学报，2012，7，32（13）.

［8］罗玉和，丁力行.生物质直燃发电CDM 项目可持续性的能值评价[J].农业工程学报，2009，12.

［9］杨艳，卢滇楠，李春.曹竹安.面向21 世纪的生物能源[J].化工进展，2002，21（5）.

［10］王宇波.生物质能利用方式对发展农村循环经济的影响[J].湖北农业科学，2008，12，47（12）.