生物质能的探讨与分析

张哲清(黑山县环境保护监测站 辽宁 锦州 121400)

生物质能的探讨与分析

张哲清(黑山县环境保护监测站 辽宁 锦州 121400)

新能源开发至上世纪60年代开始便受到世界各国的重视，提高能源安全，开发研制高效节能新型能源成为我国的当务之急。在农村开发利用可再生的生物质能源，既能发展节约型农业，推动经济增长方式转变，又能实现农村废弃物的二次利用，推进农村环境污染的防治。

新型能源；生物质能；保护环境；可持续发展；探讨

1 我国农村目前环境现状和生物质资源现状

1.1 我国农村目前现状

近年来，我国农村环境问题日益突出，我国作为农业大国，农村生产和生活存在的环境问题已经成为制约可持续发展的制约因素。改革开放后，随着农业生产能力的大幅度提高，农作物剩余物、畜禽粪便污水、残留的农膜等农业生产过程中了剩余物、废弃物大量递增，污染问题逐渐加剧。据统计，全国因固体废弃物堆存而占用和毁损的农田面积已超过15万km2，3.5亿多农村人口面临饮水不安全问题，且每年依旧呈递增趋势。由于环境污染，一些地区各类疾病的发病率明显上升。一些地区农田污水灌溉、施加过量化肥和农药，导致农作物品质下降、减产甚至绝收。

1.2 农村生物质资源现状

作为农业大国，我国有着丰富的生物质资源，目前开发程度还是很低，发展潜力巨大。据统计，目前我国农村每年产生生活污水100亿t，生活垃圾约1.5亿t，畜禽粪便排放量为30亿t，农作物剩余物(秸秆、稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗皮等)超过10亿t。这些农业生产废弃物、污染物等生物质的利用率依然很低，大部分没有得到有效利用。此外，这些废弃物、污染物的堆放弃置占据了不少未利用土地，对当地环境造成严重影响。

随着我国的工业化，城镇化，城镇化进程加快，国民经济的高速发展和生活水平的不断提高，能源水平的不断提高，能源需求量持续增长，资源与环境对经济社会发展的压力也越来越大。开发和利用再生能源，则是满足能源增长需求，建设资源节约型、环境友好型社会、有效解决农村能源问题，促进农村经济和社会发展，实现可持续发展的重要措施。在此背景下，我国开始加大了生物质发电技术的开发力度和产业化发展。我国生物质能发电主要分为直燃发电和气化发电。其中，在生物质直燃发电项目上，2008年，以投产15.4kw。生物质直燃发电，国家发展改革委员会和地方发展改革委总计核准了39个项目，合计装机容量为128.4万kw，投资预计为100.3亿元，截止到2008年底，以投资3万kw，在建的9万kw。在生物质气化及发电项目上，我国已开发出多种固定床和流化床小型汽化炉，以秸秆、木屑，稻壳、树皮等为原料生产燃气，热值为4-10兆J/m3。

目前用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年产生物质燃气2000万m3。小型气化工艺需研究燃气净化、标准化系统以及与气化装置配套的微型燃气轮机和燃料电池。兆瓦级生物质气化发电系统已推广应用20套。“十五”期间、国家863计划支持建设了4兆w规模生物质气化发电的示范工程。

中国科学院广州能源研究所开发了“生物质气化发电新技术”，将为黑龙江农垦总局建设20套农业固体废弃物谷壳、稻草的生物质气化发电系统，总投资为4000多万元，年总发电量为7500万kw，年处理农业固体废弃物约10万t。目前，广州、河南、浙江、甘肃等多个省市的生物质发电项目也都有不同程度的发展。预计到2020年将建成总装机容量2000万kw的生物质发电项目，每年不但可以替代7500万t煤，而且减少大量的污染排放，此外、出售秸秆这一项还可以个农民带来200-300亿元的收入。

2 生物质、生物质能的作用和生物质类型

2.1 生物质和生物质能作用

生物质是指通过光合作用形成的各种有机体，包括所有的动物、植物和微生物。生物质能是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量。从广义上讲，生物质能是以生物质为载体的太阳能，它直接或间接来源于绿色植物的光合作用，一般是指能作为燃料的这部分生物质。地球上的生物质能极为丰富。陆地上的树木、草类、农作物秸秆、江河湖海中的藻类等水生植物、动物的粪便、生活垃圾、某些工业生产中的废液和有机废物等，都是可以利用的生物能源。

2.2 生物质类型

目前生物质分为4大类：固体生物质、液体生物质、微生物生物质以及各类垃圾。固体生物质包括农产品剩余物、林业废弃物等。农产品剩余物主要指农业生产和加工过程形成的废弃物，如农作物秸秆、稻壳、花生壳等；林业废弃物指的是林木生产、加工过程产生形成的废弃物，如木屑、树皮、未利用的残枝、落叶等。液体生物质主要指非粮食源作物、树生能源油料等为原料生产的生物油、生物醇等。微生物生物质主要指的是各类厌氧型细菌，通过细菌分解可制得一氧化碳、甲烷等可燃性气体。通过以上生物质资源利用所获取的能源即生物质能，通过燃烧、压缩、生物转化、热化学转换等形式可转化为热能、电能、可燃性气体以及各种生物燃料。

3 生物质与生物质能的利用方式

3.1 农作物剩余物秸秆的综合利用

我国农村具有极为丰富的农作物秸秆资源，有效利用率很低。尽管各地政府已经加强农作物秸秆禁烧工作。但是，每年依然有很多农作为秸秆被烧掉，不但造成了环境的污染，更是对资源的极大浪费。若能将这些秸秆资源通过其他方式利用就能实现废物的二次利用，大大提高了利用率。既节约了农业资源，减少了环境污染，也增加了农民的收入。目前，各地利用农作物秸秆多是以机械化秸秆还田作为肥料为主，秸秆堆沤还田技术、秸秆压块饲料技术、秸秆青贮饲料技术、秸秆基料培育食用菌技术等可循环农业技术不同程度的得到推广应用。随着我国节能环保技术的进步和创新，农作物秸秆成为清洁、环保、可再生的生物质能的重要来源，可将生物质能转化成高能效的液体或气体燃料，而且秸秆成本低，污染少，效益高。秸秆气化站建设、秸秆沼气项目、秸秆发电项目、秸秆固化成型燃料项目、秸秆生产乙醇项目等的新能源开发，正在各地不断出现。但这些技术在我国刚刚起步，比如秸秆发电项目也仅限于个别地区，秸秆回收辐射范围不大，回收利用量都还有限。

3.2 生物燃料的开发与利用

目前我国生物质能源利用还处在起步阶段，利用主要有直接燃烧、热化学转换和生物化学转换等3种途径。生物质的直接燃烧在今后相当长的时间内仍将是我国生物质能利用的主要方式。当前改造热效率仅为10％左右的传统烧柴灶，推广效率可达20％-30％的节柴灶这种技术简单、易于推广、效益明显的节能措施，被国家列为农村新能源建设的重点任务之一。生物质的热化学转换是指在一定的温度和条件下，使生物质汽化、炭化、热解和催化液化，生产气态燃料、液态燃料和化学物质的技术。生物质的生物化学转换包括有生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。沼气转化是有机物质在厌氧环境中，通过微生物发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性混合气体即沼气。乙醇转换是利用糖质、淀粉和纤维素等原料经发酵制成乙醇。2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2，000多处，年产沼气约90亿m3，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

3.3 生物质颗粒化供热

据统计我国每年玉米秸秆生成量近4亿t，相当于2亿t煤，1.5亿t油，或者244亿m3天然气。在农村这些玉米秸秆大多都被直接丢弃或成堆燃烧，直接焚烧这些秸秆不但会产生大量二氧化碳等有害气体，更会提高空气中的灰分、增加空气中可吸入颗粒物的含量，对人体造成严重损害。

随着大型工业化技术的兴起与成熟，国内剩余物颗粒化技术逐渐开始普及，将玉米秸秆制成颗粒燃烧不仅解决了民用取暖和生活用能问题，同时还替代了工业锅炉消耗煤炭，解决了能源枯竭和环境污染的问题。

3.4 垃圾无害化处理

在我国农村生活垃圾只有一小部分进行了简易填埋，绝大部分依然是倾倒于渠道、江河、田地、路边等，成为污染环境的公害。即便是简单的填埋，既占用了土地，又会对土壤及地下水造成不可估量的污染。垃圾也是可以利用的生物质资源，可以结合农村环境污染防治，将其变废为宝，为广大农村生产生活中的垃圾找到出路，解决好农村的节能环保问题。目前最有效的利用方式是生活垃圾热解焚烧技术，垃圾经过高温焚烧后形成的高密度炉灰是生产建材产品的原料，高温高压下产生的烟气还可以用来集中供暖、供热水，从而达到了垃圾的无害化处理和资源化利用，实现了环境保护和经济发展的双赢。

3.5 畜禽粪便的资源化利用

我国每年产生的25多亿t畜禽粪便，若能有效地利用，可以产生数量巨大的沼气，成为农村高效清洁的优质燃料。同时，可以解决大量畜禽粪便对环境污染的问题，尤其是减少地表水和地下水源的污染。

农村沼气池建设，即“畜禽养殖—沼气—果(菜)种植”三位一体的生态农业体系、循环经济模式，一般是建于农家庭院，作为一项“生态家园富民工程”。各地农村沼气池建设方兴未艾，把沼气池建设与改水、改厕、改圈、改灶联系起来，与文明生态村创建、乡村清洁工程相结合，使人畜禽粪便直接放入沼气池中发酵，产生高效清洁的优质燃料沼气。沼气用于农户做饭、烧水、照明，解决了用沼气农户70％以上的生活用能，产生的沼液、沼渣作为优质有机肥料，并促生庭院经济如养猪业、林蔬菜果业、日光大棚等的发展，为农民增收节支。沼气的使用，能够节约大量的煤、电、煤炭，保护森林资源，减少排放大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体，同时还能够美化清洁农村街道庭院，解决一直以来农村脏乱差的现象，提高农村生活质量，产生的经济效益、生态效益和社会效益都非常显著。

3.6 潜力空间仍然巨大

据统计，地球每年经光合作用产生的生物质月1700亿t，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前利用率仅3％左右，开发和利用前景十分广阔。我国作为农林业大国，每年有约9亿t秸秆、0.8亿t林业剩余物、30亿t畜禽养殖粪便、1.5亿t生活和有机垃圾，以及10亿t农产品加工的废水渣，生物质资源极其丰富。根据中国工程院《中国可再生能源发展战略研究报告》，我国含太阳能的清洁能源开采资源量为21.48亿t标煤，其中生物质占到54.5％，是水电的2倍和风电的3.5倍.随着农业、林业的快速发展，特别是我国正在有计划地研究开发各种速生能源作物和能源植物，生物质能源的种类和产量将会越来越大。

4 结论

目前，世界各国都在致力于开发研制高效、无污染的生物质能源技术，作为最重要的可再生能源之一，生物质能的开发利用对于促进经济发展，实现可持续发展，替代传统能源，确保能源安全，改善城乡环境，发展循环经济等均有重要意义。

〔1〕李晓，张林华，崔勇章，曲云霞，张肖肖.玉米秸秆颗粒燃烧特征的试验研究山东大学热能学院.

〔2〕田宜水，孟海波.农作物剩余物开发利用技术〔M〕化学工业出版社2007.

〔3〕刘荣厚.生物质能热化学转换技术2005.

〔4〕唐勇，朱莉伟，邢杨，孙润仓，蒋建新.生物质化学转化产品谱系及研究进展北京林业大学.

〔5〕阿茹汗.国内外生物质能发展对比及启示内蒙古农业大学.

〔6〕秦世平，胡润清.中国生物质能产业发展路线图2050.

Discussion on Application of Biomass Energy

ZhangZheqing(Environmental Protection Monitoring Station of HeiShan County JinZhou LiaoNing 121400)

New energy has been paid much attention by more countries since 60s last century，many countries develop and utilize new energy as an important approach to reduce energy consumption and improve energy security and utilization rate.The development of new energy with high efficiency has become the urgent matter of our country.Energy conservation and emission reduction in China's rural area has a huge market potential.The development and utilization of renewable biomass energy in rural areas can not only develop a conservation oriented agriculture，promote the transformation of economic growth mode，but also realize the utilization of rural waste to promote the prevention and control of environmental pollution in rural area.

New energy Biomass energy Environmental protection Sustainable development

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A

1674-263X(2016)04-0063-03

2016-12-01

张哲清(1968-)，男，本科，工程师，从事环境监测与管理工作。