生物质能源的研究综述

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(兰州石化职业技术学院 应用化学工程学院，甘肃 兰州 730000)

随着技术革命的不断进步，人类社会对能源的需求量和消耗量也日益俱增，传统的化石能源的压力也愈来愈大，以太阳能、生物质能为代表的新能源这个时候应运而生，受到越来越多国家能源工作者的关注。本文将主要介绍下生物质能的特点以及利用技术的进展。

1 生物质能源的概述

1.1 什么是生物质能源

传统意义上的生物质能源是指以生物质作为载体的能量，即太阳能以化学能的形式将能量储存在可以生长的有机生物质中。所以可以说生物质能源也是太阳能的一种表现形式，是直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，然后通过某种技术将其转化为常规的燃料，可以是气态、固态以及液态。能源工作者一致认为生物质能源是真正意义上的取之不尽、用之不竭，是一种可再生的能源，甚至可以说生物质能源是能源之源，因为传统的化石能源(如煤、石油等)的形成离不开生物质[1]。

1.2 生物质能源的特点

生物质能源作为备受关注的新能源之一，具有很多独特的优势，比如清洁、可再生等，但是也具有一些不可忽视的缺点，比如分布密集性差、分布不均衡等。

1.2.1 生物质能源的优点

生物质能源最大的优点就是相比较其他新能源来讲，利用技术上的难题是最少的，而相比较传统的化石能源来讲，生物质能源的可再生性又是其无法比拟的。总结生物质能源的优点主要就是地球总的蕴藏量较大，属于清洁可再生资源，同时也属于廉价易利用的能源，可以加以开发利用的应用范围也比较广[2]。

1.2.2 生物质能源的缺点

生物质能源的蕴藏量虽然是地球上最丰富的能源之一，但是分布却比较分散，所以在利用的过程中，收集、运输以及前处理的投资成本比较高，同时不同种类的生物质能源分布不均衡，在利用的过程中与传统的农林业的资源使用不协调。所以直至目前，生物质能源的利用还只是小规模的利用，未能将资源合理的规划整合利用。一般情况下，生物质中的水分含量比较大，这直接导致了生物质能源在利用的时候其燃烧值和热裂解特性比较低。

1.3 生物质能的分类

广义上讲有机物质中除了矿物燃料以外的其他所有来源于动植物的能源物质都属于生物质能源范围，这类物质就包括植物、木材、林业废弃物、农业废弃物、工业有机废弃物以及动物粪便等。我们根据生物质的来源的不同，把生物质能源先分成5大类：农业资源、林业资源、工业有机废水、生活污水、城市固体废弃物以及畜禽粪便。其中，农林业资源是生物质能源的主要来源，也是目前利用量最大、利用技术最成熟的生物质能源[3]。

2 生物质能源的利用

地球上的可以利用的生物质能资源非常丰富。据统计，地球上每年通过光合作用产生的生物有机质约有1730亿吨，这些生物质中所蕴含的能量是全球能源消耗总量的10～20倍，数据相当可观，可是截至目前，全球对生物质能源的利用率甚至没有达到3%。即使这样，人类对生物质能源的利用量却在所有能源利用中排名第四，是仅次于传统的三大化石能源利用量。生物质能源可以用作沼气(主要在新农村建设中)，可以压缩成型固体燃料以增加其利用过程中的能量密度，也可以气化发电用来代替传统燃煤，还要热裂解生产生物柴油等，以及应用在国民经济的各个领域之中[4]。

目前，人类对生物质能源的利用方式主要有直接燃烧法(比如农作物的秸秆、薪柴等)，或者采用生化转化、液化技术、气化技术转化成气体或者液体燃烧，还可以制造固体的生物炭。在我国，生物质能源的利用方式最主要的有直接燃烧法、热化学转化法和生物转化法这三种途径。

2.1 生物质直接燃烧法

在今后相当长的时间内，生物质直接燃烧法由于利用技术难题较少的优势，将成为我国生物质能源利用的主要方式，包括炉灶燃烧技术、锅炉燃烧技术、致密成型技术和垃圾焚烧技术等。其中，炉灶燃烧是最传统的利用生物质能源的方式，在我国部分农村地区至今仍在用烧柴灶，可是这种利用方式效率十分低，故而是逐渐要被淘汰的。目前，较为理想的生物质能源直接燃烧利用方式是联合燃烧法，这种方式是将生物质能源掺入到传统的燃煤中一起燃烧发电，这种方法最大的优势是减少了传统燃煤燃烧此法可减少SO2、NO2等对环境有污染的气体的排放量，同时又增加了生物炭的能量密度和燃烧值[5]。

2.2 生物质热化学转换法

生物质的热化学转换法是指在特定的条件下(比如特定的温度和压力)，让生物质发生汽化、碳化、液化或者热解，以此方式来生产气体或液体燃料的转换利用技术。通过这种利用方法可以获得高品位的木炭焦油以及可燃气体，产生的气体甚至可以直接作为燃料用于发动机和锅炉燃烧，故而可以说是生物质能源利用技术较理想的方式，再通过热加工技术的不同，将其分为高温干馏、热解、生物质液化等方法。

2.3 生物质生物化学转换法

生物质的生物化学转换指的是生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品，所以包括了生物质-沼气转换和生物质-乙醇转换等。根据其转化过程中利用的介质不同，又将其分为厌氧消化技术和酶技术。酶技术指的是直接利用微生物体内的酶分解生物质，生成液体燃料(比如燃料乙醇)。厌氧消化技术指的是利用厌氧微生物将生物质转化为可燃气体(比如沼气)，特别强调的是这种转换技术要在缺氧的环境中完成[6]。

3 开发利用生物质能的意义

目前由于传统能源的大量消耗，以及传统能源带来的环境问题日益严重，所以合理的开发利用生物质能源将会是人类发展史上具有历史性的革命举措，可以说，未来的能源结构将是以生物质能源为典型代表的多种可再生能源开发利用能源体系。

4 生物质能开发利用中存在的问题

虽然生物质能源是全球被认为应用范围最广泛的能源之一，但是至今却因为利用技术问题尚未被人们合理利用，故而在未来相当长的时间里，生物质能源技术的开发与研究将仍是全球范围内重大的热门课题之一。我国的生物质能源利用技术产业虽然是从引进国外的技术开始，但是截至目前，我国大部分生物质能源利用技术已经实现了自主化，商业化，但是与国际先进水平相比，利用技术以及应用范围仍然存在较大差距，同时在开发研究过程中还存在一些其他问题，比如：生物质能源技术的研究开发利用缺乏长期系统的整体规划以及稳定持续的政策支持[7]。

5 生物质能源开发利用的前景

发展生物质能源不仅可以缓解全球能源危机，满足人类社会对能源的需求量，保护全球的能源安全，还对全球的环境保护有着举足轻重的意义。尤其是我国的传统化石能源资源有限，消耗量日益剧增，但是我国生物质资源种类丰富，分布的区域较广，故而在我国，生物质能源的开发利用潜力巨大，市场的需求量也较大。故而我们应当以可持续发展的理论作为指导，科学、合理、高效地进行生物质能源利用技术产业系统地、持续地、合理地进行发展。