我国生物质能开发利用技术现状及前景

李颖 郑州大学

上世纪七十年代，我国开始对生物质能的发展加以扶持，改善了农村能源供应不足与相关环境问题。后来，我国进行能源立法，生物质能产业开始快速发展。同时，国家组织了大批科技项目攻关，建立了生物质研究培训基地和一批生物质利用示范工程，形成了我国的生物质生产企业和科技队伍，使得生物质能的开发利用有组织有计划地进行，并逐渐步入可持续发展的道路。

一、我国生物质能资源现状

我国生物质能资源丰富，理论生物质能资源约我国总能耗的4倍，50tce左右，主要有:农作物秸秆、森林资源、植物能源、人畜粪便、生产生活垃圾等。其中薪柴和秸秆分别占36%和54%，工厂有机废渣废水占3%，人畜粪便占3%，城市垃圾占3%，植物能源占1%。我国还有5700万hm²宜林地和荒沙荒地，1亿hm²边际土地资源不适宜种植农作物，在不与农林作物等争土地的前提下，我国林木生物质能源蕴藏着无穷的潜能。

二、生物质能源利用技术及发展现状

（一）沼气技术。沼气技术是指有机物质在一定的温度、水分和厌氧条件下，通过不同功能、不同种类、不计其数的各类微生物的代谢分解，最后转化为二氧化碳和甲烷等混合性气体的复杂的生物化学过程，包括水解阶段、氢酸产出阶段和甲烷产出阶段这三个阶段。工艺流程为：收集原材料，对原材料预处置，厌氧消化，厌氧消化液后处理，净化沼气、存储和输配以及利用等。

农村户用沼气技术改善了农村生活用能也加强了环境建设。大中型沼气工程技术取得了突破，如在畜禽发酵工艺上提出高浓度发酵工艺、固液分离理念等。在我国，沼气高值化利用的发展相对落后，但也取得了一些技术性的突破，比如变压吸附气体分离技术，可将甲烷从沼气中回收浓缩。

（二）生物质燃料固体成型技术。生物质燃料固体成型技术是以树皮、秸秆、碎木屑、稻壳等生物质作为原料，预处理和加工之后，将其固化成为高密度的颗粒燃料的技术。

我国此项技术与国外先进的成型技术相比还有一定差距，主要体现在:资源及原料收集、储运问题，成型工艺与设备问题，技术后续欠缺，产业体系薄弱。

（三）燃料乙醇技术。第一代技术是以糖质和淀粉质作物为原料生产乙醇。其工艺流程为:液化→糖化→发酵→蒸馏→脱水。第二代技术是以木质纤维素为原材料来产生乙醇，首先要脱去木质素，增加原材料的疏松性，以此来增大纤维素与各种的酶的接触面积，进而提升酶的催化效率。待原材料分解为糖类之后，下面进行发酵、蒸馏和脱水。我国的纤维素类生物质原料非常丰富，将其转化成燃料乙醇有很大的潜力。

（四）生物柴油技术。①化学法:以动植物油厂下脚料、棕榈油、酸化油、泔水油、地沟油、工业甲醇等为原料，采用酯化或酯交换反应后再经水洗、干燥及精馏等工艺合成。②物理法:以动植物油厂下脚料、泔水油、地沟油、煤焦油及炼油厂主副产品等为原料，经过处理后，再加入一定量催化剂、乳化剂，经专用设备和特殊工艺合成。首先，我国能源油料资源种类繁多，分布广泛，且油料作物的选育和种植技术在我国早有基础；进而，若废油脂可加以利用，则具有很大的市场竞争力。但由于原料太过分散、政策和市场环境不稳定，导致我国生物柴油的发展仍存在问题。

（五）生物质直燃发电技术。①生物质燃烧发电:把原材料放入锅炉中使其燃烧，燃烧产生蒸汽带动蒸汽轮机进而带动发电机进行发电。此技术中关键在于锅炉的防腐、对原材料预处理、锅炉的原料适用性及汽轮机的效率、燃烧效率等技术。②生物质气化发电：气化炉将原材料转化为气体燃料，然后对混合气体燃料进行净化，之后直接送进燃料电池发电或者送进燃气机中燃烧发电。此项技术的关键在于对混合气体燃料的净化，气化出来的气体燃料都含有焦油、焦炭和灰分等一定的杂质，需要经过净化系统把杂质除去。

（六）生物质气化技术。生物质气化技术是通过热化学的方法，利用空气中氧化物如氧气作为气化剂，将生物质原材料中的可燃部分转化为含有CO，H2，CH4等可燃气体的过程。

我国在生物质气化方面发展很快，很多技术都有了突破性进展，探索了生物质气化合成液体燃料、制氢的技术工艺。但在气化装置与设备、工艺自动化程度、原材料的预处理、温度与停留时间的控制、气化剂的性能等各方面较国际领先水平相对落后。我们应加大科研力度，积极进行国内外交流合作，攻坚克难。

（七）生物质热裂解制油技术。生物质裂解制油技术是生物质原材料在隔绝氧气或者少量氧气的环境下，被加热升温引起分子裂解成为焦炭、可凝性液体和气体产物，将气体从灰分分离后，再进行冷凝，收集到生物油的过程。

目前，此项技术已经被广泛认定为是一项具有深远发展前景的可再生能源利用技术。虽然该技术尚未达到工业化应用的水平，但相信在不久的将来，此项技术将为社会带来巨大效益。

结论：我国国土辽阔，地大物博，生物质资源丰富，总量巨大，但能量密度低，分布广泛，不易收集利用。且我国生物质能耗量也一直占较大比重，但生物质能的利用水平一直较低，燃烧秸秆现象仍然存在。近年来，我国生物质能开发利用技术越来越多元化，使得资源综合利用的同时增加了清洁能源的供应。但总的来说，我国生物质能利用技术水平较低，各种技术的成熟度和商业化水平不均衡。我们既要学习国外的先进技术，也要坚持创新，发展具有中国特色的生物质能源利用体系。