发布时间 : 星期一 文章生物能源的现状与发展前景更新完毕开始阅读
生物能的开发与应用
——新能源概论
班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：
摘要：随着社会的发展和技术的进步，人类对能源的需求越来越高，但是地球化石资源的储存量却在逐渐降低，同时，生态环境也不断恶化。这些都迫使全球能源结构必须进行战略性调整，开发新的能源。生物能源由于其可再生性，它的发展不仅可以从根本上解决能源危机，而且还能改善日益恶化的环境。本文阐述了当前我国生物能源的主要种类，生物能源的生产技术研究现状及生物能源在我国的发展现状，并展望了生物能源的发展前景。
一、 生物能利用背景
近年来，石油价格上涨和全球气候变化的影响，可再生能源开发利用日益受到国际社会的重视。其中，生物能源作为目前可直接利用、能较大规模生产并替代运输燃料的能源产品之一，已成为可再生能源发展的重点。但是，一些地方出现的一哄而上发展生物能源的倾向令人担忧。因此，对发展生物能源进行全面、客观的评估，显得尤为重要。
生物能源相比其他资源的优势有以下几点：
第一，生物燃料是唯一能大规模替代石油燃料的能源产品，而水能、风能、太阳能、核能及其他新能源只适用于发电和供热。
第二，生物燃料是产品上的多样性。能源产品有液态的生物乙醇和柴油，固态的原型和成型燃料，气态的沼气等多种能源产品。既可以替代石油、煤炭和天然气，也可以供热和发电。
第三，生物燃料是原料上的多样性。生物燃料可以利用作物秸秆、林业加工剩余物、畜禽粪便、食品加工业的有机废水废渣、城市垃圾，还可利用低质土地种植各种各样的能源植物。
第四，是生物燃料的“物质性”，可以像石油和煤炭那样生产塑料、纤维等各种材料以及化工原料等物质性的产品，形成庞大的生物化工生产体系。这是其他可再生能源和新能源不可能做到的。
第五，生物燃料的“可循环性”和“环保性”。生物燃料是在农林和城乡有机废弃物的无害化和资源化过程中生产出来的产品；生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，连释放的二氧化碳也会重新被植物吸收而参与地球的循环，做到零排放。物质上的永续性、资源上的可循环性是一种现代的先进生产模式。
第六，生物燃料的“带动性”。生物燃料可以拓展农业生产领域，带动农村经济发展，增加农民收入；还能促进制造业、建筑业、汽车等行业发展。在中国等发展生物燃料，还可推进农业工业化和中小城镇发展，缩小工农差别，具有重要的政治、经济和社会意义。
第七，生物燃料具有对原油价格的“抑制性”。生物燃料将使“原油”生产国从目前的20个增加到200个，通过自主生产燃料，抑制进口石油价格，并减少进口石油花费，使更多的资金能用于改善人民生活，从根本上解决粮食危机。
第八，生物燃料是创造就业机会和建立内需市场。巴西的经验表明，在石化行业1个就业岗位，可以在乙醇行业创造152个就业岗位；石化行业产生1个就业岗位的投资是22万美元，[2]燃料行业仅为1.1万美元。联合国环境计划署发布的“绿色职业”报告中指出，“到2030年可再生能源产业将创造2040万个就
业机会，其中生物燃料1200万个”。
因此,人类走向以生物能源开发利用为标志的可再生能源时代,意义十分重大:能大量利用农村的土地,提高农民收入。直接增加能源供给,改善大气环境,使二氧化碳的排放与吸收形成良性循环,缓解二氧化碳排放的压力。当前生物能源的主要形式有沼气,生物制氢,生物柴油和燃料乙醇沼气是微生物发酵秸秆,禽畜粪便等有机物产生的混合气体,主要成分是可燃的甲烷。生物氢可以通过微生物发酵得到,由于燃烧生成水,因此氢气是最洁净的能源。生物柴油是利用生物酶将植物油或其他油脂分解后得到的液体燃料,作为柴油的替代品更加环保.燃料乙醇是植物发酵时产生的酒精,能以一定比例掺入汽油,使排放的尾气更清洁。虽然现在的主要能源还是化石能源,但是生物能源的前途无量。虽然生物能源的开发利用处于起步阶段,生物能源在整个能源结构中所占的比例还很小,但是其发展潜力不可估量。以我国为例,目前全国农村每年有7亿吨秸秆,可传化为1亿吨的酒精.南方有大量沼泽地,可以种植油料作物,发展生物柴油产业。加上禽畜粪便,森林加工剩余物等。
二、 中国生物能源利用现状
中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年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，年生产生物质燃气2,000万立方米。中国政府及有关部门对生物质能源利用也极为重视，己连续在四个国家五年计划将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，开展了生物质能利用技术的研究与开发，如户用沼气池、节柴炕灶、薪炭林、大中型沼气工程、生物质压块成型、气化与气化发电、生物质液体燃料等，取得了多项优秀成果。政策方面，2005年2月28日，第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过了《可再生能源法》，2006年1月1日起已经正式实施，并于2006年陆续出台了相应的配套措施。这表明中国政府已在法律上明确了可再生能源包括生物质能在现代能源中的地位，并在政策上给予了巨大优惠支持，因此，中国生物质能发展前景和投资前景极为广阔。中国在生物质能源方面，目前主要是雅津甜高粱秸秆和籽粒加工乙醇，渣加工颗粒燃料作为替代煤炭的可再生能源。在光能应用方面，中国的光能农业发展处于国际领先地位，太阳能和农作物种子的直接结合，促使太阳能深层次的发展和利用。
三、 主要的生物能源技术
1、生物质液化燃料乙醇的开发
生物质生产燃料乙醇的原料主要有剩余粮食、能源作物和农作物秸秆等。利用粮食等淀粉质原料生产乙醇是工艺很成熟的传统技术。用粮食生产燃料乙醇虽然成本高，价格上对石油燃料没有竞争力，但由于近年来我国粮食增收，已囤积了大量陈化粮，我国政府于2002年制定了以陈化粮生产燃料乙醇的政策，将燃料乙醇按一定比例加到汽油中作为汽车燃料，已在河南和吉林两省示范。国内外燃料乙醇的应用证明，它能够使发动机处于良好的技术状态，改善不良的排放，有明显的环境效益。然而我国剩余粮食即使按大丰收时的3000万t全部转化为乙醇来算，可生产1000万t乙醇，也只有2000年原油缺口的1/10；而且随着
中国人口的持续增长，粮食很难出现大量剩余。因此，陈化粮是一种不可靠的能源
从原料供给及社会经济环境效益来看，用含纤维素较高的农林废弃物生产乙醇是比较理想的工艺路线。生物质制燃料乙醇即把木质纤维素水解制取葡萄糖，然后将葡萄糖发酵生成燃料乙醇的技术。纤维素水解只有在催化剂存在的情况下才能显著地进行。常用的催化剂是无机酸和纤维素酶，由此分别形成了酸水解工艺和酶水解工艺。我国在这方面开展了许多研究工作，比如华东理工大学开展了以稀盐酸和氯化亚铁为催化剂的水解工艺及水解产物葡萄糖与木糖同时发酵的研究，转化率在70％以上。中国科学院过程工程研究所在国家攻关项目的支持下，开展了纤维素生物酶分解固态发酵糖化乙醇的研究，为纤维素乙醇技术的开发奠定了基础。以美国国家可再生能源实验室(NREL)为代表的研究者，近年来也进行了大量的研究工作，如通过转基因技术得到了能发酵五碳糖的酵母菌种，开发了同时糖化发酵工艺，并建成了几个具有一定规模的中试工厂，但由于关键技术未有突破，生产成本一直居高不下。纤维素制乙醇技术如果能够取得技术突破，在未来几十年将有很好的发展前景。
2、生物质液化生物柴油的开发
生物质液化技术较为重要的方式之一是快速热解生产液体燃料技术，其主产品就是各种生物油。这种技术始于20世纪70年代末，迄今，为降低快速热解法的生产成本，各国已经对多种反应器和工艺进行了研究，特别是欧美等发达国家，在进行全面的理论研究的基础上，已建立了相应的实验装置。快速热解法生产的液体燃料可以替代许多锅炉、发动机及透平机所用的燃油，而且还可以从中萃取或衍生出一系列化学物质，如食品添加剂、树脂、药剂等。
发达国家在运用生物技术降低生物柴油的黏度、提高十六烷值、增加低碳脂肪酸含量，获得高品位燃油等方面进行了长期的探索。
在利用菜籽油替代柴油的研发方面，栽培高产油菜的英国及北欧国家进行，通过酯化降低其黏度，使之适合于柴油发动机。该技术可规模化应用，2002年欧盟国家已生产替代柴油百余万吨。美国目前年生产生物柴油100万吨，计划2020年达到1 200万吨
生物质快速裂解液化技术方面，荷兰研究开发出旋转锥反应器，将生物质颗粒与惰性热载体一起加入旋转锥底部，当沿着锥壁螺旋上升时，发生快速热分解。这种技术能达到较高的油产量。与流化床快速热解相比，因不需要载气，整个系统效率提高。
3、生物制氢
生物制氢课题最先由Lewis于1966年提出，20世纪70年代能源危机引起了人们对生物制氢的广泛关注，并开始进行研究。生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子氢，可分为两个主要类群：
1）包括藻类和光合细菌在内的光合生物；
Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物的研究已经开展并取得了一定的成果。
2）诸如兼性厌氧和专性厌氧的发酵产氢细菌。