浅谈生物质能源高效利用技术与产业前景

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当今世界，环境问题日益加剧，化石能源也近乎枯竭，寻找替代能源成为21世纪最亟待解决的问题之一。近年来，新兴的生物质能源备受关注，它来源于自然，将太阳能通过植物光合作用转化储存，并以多种形式呈现，便于利用。作为太阳能的天然载体，生物质能源具有燃烧热值高，含硫含芳烃量较低，来源与用途广泛等突出优点，逐渐成为能源界研究的热点。进入21世纪后，世界各国均加大了对发展生物质能源利用技术的经费投入与人才培养，有专家指出，生物质能源利用技术将成为社会发展新的支撑点。在未来世界，谁拥有生物物质高效利用技术，谁就能把握能源大局，在国际竞争中有更多的话语权。此外“三农”问题是我国发展的根本，大力发展生物质能源能有效利用农村剩余劳动力，进一步实现农民增收，增加农村与城市的联系加速实现城乡一体化。故发展生物能源高效利用技术是符合我国能源战略与以人为本的核心思想，动力十足；一般上生物能源的利用技术按产品形态的不同可分为固化、液化、气化等三类技术。

一、固化技术

能量密度小是生物质能源利用上的主要问题，此问题使得生物质常占用大量空间，储藏与运输成本高。为了解决这个难题，生物质固化技术应运而生；在一定压力与温度下，将生物质原料干燥并粉碎，之后压合成燃烧效率与燃烧性能较高的高密度规则固体，大幅度降低了储藏与运输费用，为生物质燃料的工业生产以及广泛引用提供了可能。生物质固化的方式有许多种，热压成型技术设备成本低，工艺简单操作方便，成为了应用最普遍的生物质固化处理手段。有以针对大豆和玉米秸秆为原料的固体燃料研究表明，用热压成型法处理秸秆时，在含水率10%左右，成型率较高。生物质固体燃料在使用时也会出现诸多问题，其中最为突出的是其燃烧时的结焦现象，严重影响了固体生物质燃料的大规模应用。现今，对固体燃料的燃烧结焦的研究还非常少，故此问题很难解决，随着研究的深入和科技的进步生物质固体燃料的发展一定会有新的契机。

二、液化技术

生物质的液化是在高温高升温速率的条件下实现原料的热裂解气化，之后裂解气在很短时间内冷凝获得生物质液体油，这种生物质液体油清洁高效、绿色环保是一种优质液体燃料。生物质液体油的生产设备趋于小型，工艺较为简单，相对其他高温高压工艺成本较低；然而由于对热裂解的机理方面的研究有限，其生产效率还比较低，故至今没能大规模应用于工业生产。生物质液态油的物理性质以及组分含量与其燃烧效率和燃烧性能密切相关，现今众多专家学者正对生物质热裂解液态油的物理以及化学性质开展深入研究，并开发了多种新型液化技术。在众多新型生物质液化加工法中，基于超临界流体卓越的扩散性与溶解性开发的超临界液化技术效果最为显著，但其设备成本较高，工艺复杂工业应用较为困难，但在实验室技术的层面上受到了广泛关注。有研究者以大豆秸秆为原料研究了其在水与乙醇超临界体系中的液化过程，并考察了乙醇组分含量对生物质液态油转化率的影响。实验表明，在中等乙醇摩尔分数的条件下，产物油分含量最大。

三、气化技术

以氧气为助剂，利用生物质不完全燃烧的特性将生物质变为CH4、CO、H2等可燃性气体的过程称之生物质的气化。在所有生物质利用手段之中，气化技术是应用最广泛的一种，20世纪末日本能源学家吉川邦夫提出了生物质高温气化的思想，并在东京工业大学进行了实验。我国郭建维利用制备的诸多Ni基催化剂利用流化床反应设备进行了生物质气化技术的研究，并对各种催化剂的效果进行了评价。生物质气体中存在大量焦油，对生物质气体的净化是提高产品质量的关键工段。工业上新兴的去焦油技术是催化裂解法，在高温下（一般在800℃以上）将焦油催化分解变为小分子气体并入燃气之中，既省去了传统洗焦水污染严重的问题又增加了生物质燃气的燃烧组分，前景广阔。

四、前景展望

到21世纪中叶，世界人口将接近九十亿，为了满足人民生活需求，粮食作物的种植规模必将持续扩大，从而产生大量的庄稼秸秆，为生物质能源产业提供了充分的原料，这也为生物质能源产业发展奠定了基础。此外，化石燃料使用后严重的污染问题近年来也备受关注，我国也出台相关政策限制化石燃料的使用。例如，在一些城市实行“摇号申领私家车牌照”和“私家车单双号出行”等规定，这都十分有利于生物质能源产业的发展。同时，生物质能源产业也面临诸多挑战，现在国内的生物质能源生产企业规模还十分有限，资金缺乏，生产工艺落后，科研创新能力较差。此外，生物质能源的产品销路狭窄、产业链结构不合理等诸多因素制约着生物质能源产业的发展。然而随着政府对生物质能源的关注程度的不断加大与资金投入的不断增加，许多问题都会逐渐得以解决，生物质能源产业将会迎来新的生机。

五、小结

我国缺乏石油资源，且煤炭资源因为近年来的过度开发，各地煤矿也出现余量不足的情况。生物质能源的原料种类多样，转化形势不一，用途广泛，另外其清洁环保，二氧化碳排放少，前景广阔。此外我国是农业和人口大国，生物质资源丰富，农村剩余劳动力众多，在此得天独厚的环境下，政府应出台相关政策鼓励各地在乡村大力开发生物质资源，缓解城市能源短缺并实现农民增收。与发达国家比较，我国的生物质资源技术还十分落后，产品转化率不高，造成了大量的原料浪费，针对此问题政府应划拨经费支持生物质利用的技术创新，增加优质生物燃料的产量，支撑我国能源战略。

（作者单位为河南工业大学）

[作者简介：张驰（1989―），男，河南新乡人，研究生，研究方向：负载型催化剂在酯交换反应中的应用。]

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