0、前言
地球上蘊(yùn)藏的可開發(fā)利用的煤和石化能源將分別在200年、40年內(nèi)耗竭，天然氣也只能用60年左右。與此同時(shí)，由于石化能源的過度開發(fā)利用帶來環(huán)境污染和全球氣候變暖的問題也日益突出。因此，尋找和開發(fā)新型可再生能源迫在眉睫，富通新能源生產(chǎn)銷售的
秸稈顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)、
秸稈壓塊機(jī)專業(yè)壓制生物質(zhì)成型顆粒燃料。
生物質(zhì)能（biomass energy或bioenergy）是人類使用的最古老的能源，是隨著石化能源危機(jī)及回歸生態(tài)平衡而被人類重新認(rèn)識(shí)的。生物質(zhì)( bi-omass)主要是指可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)，包括農(nóng)作物、樹木、垃圾、工農(nóng)業(yè)廢棄物和其它植物及其殘?bào)w( residues)等。生物質(zhì)能一般是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，其來源于C02，燃燒后產(chǎn)生CO2，因此可以認(rèn)為CO，的排放是零，甚至有所減少（燃燒后草木灰中含有大量的K2CO2）。故生物質(zhì)與礦物燃料相比更為潔凈，具有可再生性、環(huán)境友好性，是解決能源和環(huán)境問題的有效途徑之—。
目前世界擁有生物質(zhì)資源約18.41×1011t，如以能量換算，相當(dāng)于目前石油產(chǎn)量的15 - 20倍。生物質(zhì)能已成為僅次于煤、石油和天然氣的第四大能源，約占全球總能耗的14%。
1、國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)能利用狀況
生物質(zhì)能的研究與開發(fā)早己被世界各國(guó)所關(guān)注。歐盟規(guī)劃2010年可再生能源比例達(dá)12%，可替代2000×104 t石油，其中成本較低的生物質(zhì)能約占80%。北歐各國(guó)發(fā)展木材發(fā)電，德國(guó)致力發(fā)展沼氣，并且己利用生物氣體研制新型燃料電池。美國(guó)加快木材發(fā)電和燃料乙醇的啟用，利用農(nóng)作物及其廢物制造乙醇，作為汽車燃料。古巴利用大量的甘蔗渣用于燃燒發(fā)電，并且已進(jìn)行國(guó)際合作，欲投資1億美元興建以甘蔗渣為原料的環(huán)保電廠，預(yù)計(jì)所生產(chǎn)的電能可達(dá)到古巴全國(guó)需要量。
我國(guó)是世界第二大能源消耗國(guó)，也是農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)資源十分豐富，開發(fā)利用生物質(zhì)能不僅能解決能源危機(jī)，為可持續(xù)發(fā)展提供充足的能源和動(dòng)力，還可保護(hù)生態(tài)環(huán)境，解決環(huán)境污染問題。目前，我國(guó)生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用仍然以傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)為主，生物質(zhì)氣化、液化和生物柴油等技術(shù)正得到逐步發(fā)展。氣化以厭氧發(fā)酵技術(shù)的推廣和應(yīng)用為主，同時(shí)發(fā)展直接氣化技術(shù)。
2、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)及研究狀況
一般地，所有種類生物質(zhì)都可以進(jìn)行熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，含濕量低的草本植物和木本植物最適合熱化學(xué)轉(zhuǎn)化，而能量密度低的散拋型農(nóng)業(yè)廢棄物可通過壓縮成型來提高利用價(jià)值。
2.1直接燃燒法(Direct combustion)
直接燃燒通常是在蒸汽循環(huán)作用下將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，為烹飪、取暖、工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)電提供熱量和蒸汽。小規(guī)模的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用率低下，熱轉(zhuǎn)化損失約為30 - 90%。通過利用轉(zhuǎn)化效率更高的燃燒爐，可以提高利用率。
生物質(zhì)燃燒最常用的是鍋爐燃燒和流化床燃燒技術(shù)，后者由于氮氧化物的低排放特性迅速得到青睞。G．Eriksson和B．KjellstrOm等研究了木材水解殘?jiān)?50 kW的粉末燃燒器里的燃燒情況，結(jié)果表明直接燃燒是燃?xì)廨啓C(jī)使用的切實(shí)可行的方法。
直接燃燒是最早采用的一種生物質(zhì)開發(fā)利用方式，可以最快速度地實(shí)現(xiàn)各種生物質(zhì)資源的大規(guī)模無害化、資源化利用，成本較低，因而具有良好的經(jīng)濟(jì)性和開發(fā)潛力。
2.2生物化學(xué)轉(zhuǎn)化(Biochemical conversion)
2.2.1發(fā)酵( Fermentation) 乙醇具有諸多優(yōu)良特性，如燃燒特性好，無鉛、CO、SO，和其它碳?xì)浠衔�，有益于保護(hù)環(huán)境，特別是可直接與石油天然氣混合作為內(nèi)燃機(jī)的液體燃料。
乙醇的發(fā)酵底物幾乎包括各種原始生物材料，最主要的原料為甘蔗、小麥、谷類、甜菜和木材。若用富含木質(zhì)纖維素的農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)乙醇，可避免農(nóng)作物食用和工業(yè)生產(chǎn)間的矛盾，其潛在生產(chǎn)量高達(dá)491 GL/年，是世界目前產(chǎn)量的16倍。Keikhosro等人采用毛霉、根霉和酵母對(duì)稀酸預(yù)處理過的稻草進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，根霉( oryzea)發(fā)酵乙醇產(chǎn)率高達(dá)74%，副產(chǎn)物為乳酸，毛霉( indicus)也能達(dá)到68%的產(chǎn)率。為避免生產(chǎn)乳酪剩余的乳清對(duì)環(huán)境造成污染，Salman等人用酵母發(fā)酵天然乳清，產(chǎn)生乙醇。美國(guó)能源部選用稀酸處理過的玉米纖維進(jìn)行同步糖化發(fā)酵，降低了原料成本。高粱富含淀粉，但尚未用來生產(chǎn)生物質(zhì)能，X．Zhan等對(duì)高梁采用超臨界流體擠壓蒸煮法，使乙醇轉(zhuǎn)化率提高5%，表明該法是一種有效的處理方法。
生物質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)乙醇是國(guó)際上除了制備生物柴油以外的另一條石油替代路線，近期我國(guó)重點(diǎn)技術(shù)研發(fā)方向是利用甜高梁、木薯及木質(zhì)纖維素等非糧食原料生產(chǎn)燃料乙醇，并建設(shè)規(guī)模化原料供應(yīng)基地，建立生物質(zhì)液體燃料加工企業(yè)，到2010年，燃料乙醇的年生產(chǎn)能力將達(dá)到約200×104t。
2.2.2慶氧性消化( Anaerobic digestion) 厭氧消化是指利用微生物在缺氧條件下消化易腐生物質(zhì)，使其徹底分解，產(chǎn)生氫氣和甲烷等高能清潔燃料，即沼氣的過程。Yingnan Yang等以醋酸鹽等為有機(jī)源，在填充了碳?xì)值墓潭ɑa(chǎn)烷微生物流化床混合反應(yīng)器中進(jìn)行厭氧消化，使甲烷產(chǎn)量達(dá)798 mL/d，提高了產(chǎn)量。Jae K C等對(duì)餐飲廢棄物的各個(gè)組成及混合物的消化產(chǎn)甲烷情況進(jìn)行了研究。
目前，木質(zhì)纖維素類物質(zhì)分解是沼氣生產(chǎn)的瓶頸問題。由于對(duì)厭氧消化所需要的三類嫌氧微生物的研究仍較膚淺，致使無法圓滿解決產(chǎn)氣效率低等現(xiàn)象。如果這一課題的研究得到質(zhì)的進(jìn)展，則可將原料由目前以人畜糞便為主擴(kuò)大到各種秸稈、枝葉類，可以大大擴(kuò)展沼氣原料來源。
2.3 熱化學(xué)轉(zhuǎn)化( Thermochemical conversion)
熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)與其它技術(shù)相比，具有功耗少、轉(zhuǎn)化率高、較易工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化包括氣化、熱解、液化和超臨界萃取，其中氣化和液化技術(shù)是生物質(zhì)熱化學(xué)利用的主要形式。
2.3.1 氣化(Gasification) 氣化是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的最新技術(shù)之一。生物質(zhì)受熱后，通過連續(xù)反應(yīng)將其中碳的內(nèi)在能量轉(zhuǎn)化為可燃燒氣體，既可供生產(chǎn)、生活直接燃用，也可用來發(fā)電，進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，從而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效清潔利用。此外，歐共體還開展了生物質(zhì)氣化合成甲醇、氨的研究研究。
我國(guó)根據(jù)目前的生物質(zhì)資源，如果僅將l%的麥桿和10%的谷殼用來氣化和發(fā)電，總裝機(jī)容量就可能會(huì)高于200×104 kW。另外，我國(guó)己基本具備了發(fā)展生物質(zhì)氣化合成甲醇技術(shù)的空間，只要各部分的關(guān)鍵問題得到解決，并結(jié)合新技術(shù)和提高系統(tǒng)效率，生物質(zhì)氣化合成甲醇技術(shù)就會(huì)具有廣闊的發(fā)展前景。
生物質(zhì)氣化及發(fā)電技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家已受廣泛重視，發(fā)展中國(guó)家隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展也逐步重視生物質(zhì)的開發(fā)利用。在我國(guó)，利用現(xiàn)有技術(shù)，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)上可行、效率較高的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)對(duì)今后能否有效利用生物質(zhì)起關(guān)鍵作用。
2.3.2 熱解(Pyrolysis) 在隔絕空氣條件下加熱生物質(zhì)，或者在少量空氣存在的條件下部分燃燒產(chǎn)生碳?xì)浠衔�、含油液體和殘?zhí)康幕旌衔�，為熱解產(chǎn)物。通過生物質(zhì)熱解及其相關(guān)技術(shù)，可生產(chǎn)焦炭和甲醇、丙酮、乙酸、焦油等副產(chǎn)物。
熱解按溫度、升溫速率、反應(yīng)時(shí)間和顆粒大小等條件，可分為慢速熱解、常規(guī)熱解和閃速熱解三方式�？焖贌峤馐且苑羌Z食類的生物質(zhì)為原料制取液體燃料的方法之一，尺度小的稻殼、木屑等的干燥物料是快速熱解工藝的理想原料。由快速熱解工藝獲得的液體燃料含氧量高，但是熱值較石化燃料低，還需要進(jìn)一步精制處理才能有效利用。
如果能夠開發(fā)出選擇性優(yōu)良的快速熱解工藝，生產(chǎn)出低含氧量，高熱值的液體燃料，那么快速熱解工藝將具有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
2.3.3 液化(Liquefaction) 生物質(zhì)的熱解液化是在缺氧條件下將生物質(zhì)迅速加熱到500℃~600℃溫度左右，使之主要轉(zhuǎn)換成液化產(chǎn)物（油）的一種工藝。這種液體燃料既可以直接作為燃料使用，也可以再轉(zhuǎn)化為品位更高的液體燃料或價(jià)值更高的化工產(chǎn)品。液化產(chǎn)品的處理方法包括催化加氫、熱加氫、催化裂解及兩段精制處理等。目前，催化加氫是較常用的方法。
高壓液化技術(shù)是生物質(zhì)直接液化技術(shù)的一種，是指在較高壓力、一定溫度和溶劑、催化劑存在等條件下對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行液化反應(yīng)制取液體產(chǎn)品的技術(shù)。相比同為直接液化的快速熱裂解法，該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)捷、易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。
2.3.4 超臨界流體萃取(Supercritical fluid ex-traction，SCFE) 超臨界流體(SCF)具有氣液兩重性的特點(diǎn)，它既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低粘度，又兼有與液體相近的密度和對(duì)許多物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。在超臨界水中，將煤炭和生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為清潔的氫能，具有氣態(tài)產(chǎn)物中氫氣含量高，無需對(duì)原料進(jìn)行干燥，反應(yīng)不生成焦油等副產(chǎn)品，不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。A．Demirbas用超臨界水萃取法使水果皮產(chǎn)生富氫氣體。和其它熱解、氣化等熱化學(xué)法相比，超臨界萃取法能直接處理潮濕物料而不用對(duì)其干燥，并且能在較低溫度下保持高的萃取效率。
超臨界流體萃取能減少樣品的準(zhǔn)備時(shí)間，加快提取速度，改善萃取效果，并且對(duì)固體和半固體樣品的提取率不亞于常規(guī)萃取法�？勺鳛镾CF的物質(zhì)很多，如二氧化碳、六氟化硫、乙烷、甲醇、氨和水等。利用SCFE進(jìn)行生物質(zhì)轉(zhuǎn)化已有很多應(yīng)用。
2.4 固體成型技術(shù)(Briquetting technology)
固體成型技術(shù)是指在一定溫度與壓力作用下，將原來分散的、沒有一定形狀的生物質(zhì)廢棄物壓制成具有一定形狀、密度較大的各種成型燃料的高新技術(shù)。秸稈、谷殼和木材等的屑末下腳料由于體積密度小，占用空間大，直接焚燒浪費(fèi)資源且污染環(huán)境。該技術(shù)則能以連續(xù)的工藝和工廠化的生產(chǎn)方式將這些低品位的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易儲(chǔ)存、易運(yùn)輸、能量密度高的高品位生物質(zhì)燃料，從而使燃燒性能得到明顯改善，熱利用效率顯著提高，為高效再利用農(nóng)林廢棄物、農(nóng)作物秸稈等提供了一條很好的途徑。
目前國(guó)內(nèi)開發(fā)的生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)（Highzones技術(shù)），比熱壓成型技術(shù)減少了烘干、成型時(shí)加熱及降溫等三個(gè)耗能程序，可就地將原料及時(shí)壓縮成顆粒燃料，解決了生物質(zhì)燃料規(guī)�；瘧�(yīng)用中存在的收、運(yùn)、儲(chǔ)成本高的瓶頸問題，便于在原料產(chǎn)地推廣使用，這一技術(shù)被歐盟生物質(zhì)能工業(yè)協(xié)會(huì)主席托德先生稱為“世界生物質(zhì)能領(lǐng)域的首創(chuàng)”。
2.5生物柴油制取( Biodiesel production)
這是一種從含有大量植物油的種子中提取液體油直接用于燃燒或?qū)⑵浣?jīng)乳化、高溫裂解或酯化處理后作為替代柴油的方法。
植物油粘度較大，直接用作燃料油會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦炭化等現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)外普遍采用以低碳醇為酯化劑，用酸、堿或酶作催化劑，將原料油進(jìn)行酯化處理后獲得相應(yīng)的脂肪酸酯，即生物柴油。生物柴油性能與石化柴油相近，并且具有硫含量低、分解性能好、燃燒效率高等特點(diǎn)，大大降低了環(huán)境污染，是石化柴油的優(yōu)良可再生替代品，有“綠色柴油”之稱。相比其它方法，酯交換法工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低、制得的產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，是生物柴油主要的制備方法。
美國(guó)主要以相對(duì)便宜的豆油為原料制備生物柴油，歐洲主要是以油菜籽為原料，棕櫚油、葵籽油、米糠油等也是最常見的原料。值得一提的是，動(dòng)植物廢棄餐飲油是一種很好的制備生物柴油的原料，除了獲得優(yōu)質(zhì)生物柴油并防止廢棄油重返餐桌，保證飲食安全，還可以有效降低生產(chǎn)成本。Mustafa C用廢油制備生物柴油并進(jìn)行了排放實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：生物柴油和石化柴油具有幾乎相同的熱效率，在HC、CO等方面比普通2#柴油降低了46. 27%、17. 77%。日本植物油資源貧乏，因此主要用廢油為原料制備生物柴油。
我國(guó)多年來開展了一些生物柴油研發(fā)工作，中科大、石油化工研究院、西北農(nóng)林科技大、遼寧能源所等分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研發(fā)和小型工業(yè)試驗(yàn)，一系列關(guān)鍵技術(shù)己被克服。海南、四川和福建幾家公司開發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，相繼建成年產(chǎn)超過萬噸生物柴油的生產(chǎn)企業(yè)。我國(guó)中長(zhǎng)期規(guī)劃戰(zhàn)略目標(biāo)指出：2020年乙醇和生物柴油的產(chǎn)量各達(dá)到1 500×104 t，替代25%的石油進(jìn)口。
本課題組分別以含油率較高、經(jīng)濟(jì)壽命達(dá)70余年的木本作物一烏桕所產(chǎn)的梓油和動(dòng)植物廢棄油脂為原料，在制備生物柴油過程中使用自制的磁性固體催化劑，制備出高質(zhì)量的生物柴油。該催化劑催化活性較高，易與反應(yīng)體系分離、回收，可重復(fù)使用，避免傳統(tǒng)工藝使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿催化劑所產(chǎn)生的大量廢液腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，具有環(huán)境友好性；同時(shí)用大孔樹脂精制其副產(chǎn)物，得到高附加值的精制甘油，有效降低了生產(chǎn)成本[33]。整個(gè)生產(chǎn)過程中無“三廢”、無污染，符合綠色化工生產(chǎn)要求。生物柴油生產(chǎn)過程對(duì)水分要求苛刻，去除水分一般采用硅膠干燥或真空減壓蒸餾，設(shè)備投資大，能耗高，增加生產(chǎn)成本。本課題組開發(fā)的特種乳化劑，可使適量水分、生物柴油、石化柴油相混合，形成均一、澄清體系，燃燒充分且性能穩(wěn)定。目前研究成果已取得若干項(xiàng)專利。
3、生物質(zhì)能的應(yīng)用前景
生物質(zhì)能對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡起著舉足輕重的作用，我國(guó)生物質(zhì)能富集區(qū)往往是“老少邊窮”地區(qū)和純農(nóng)業(yè)區(qū)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)相對(duì)落后，發(fā)展生物能源不僅經(jīng)有經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)解決農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、農(nóng)村剩余勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、農(nóng)村地區(qū)工業(yè)化和建設(shè)和諧社會(huì)，都有很大意義。“不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地，不與傳統(tǒng)行業(yè)爭(zhēng)利”，這是我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能利用的新特點(diǎn)。
據(jù)中國(guó)工程院《中國(guó)可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略研究》預(yù)測(cè)，2050年我國(guó)生物質(zhì)能開發(fā)利用量將達(dá)到275 Mt標(biāo)準(zhǔn)煤，占一次能源供應(yīng)量的8%，因此生物質(zhì)能具有廣闊的開發(fā)前景。2006年8月19日，全國(guó)生物質(zhì)能開發(fā)利用工作會(huì)議在北京召開。農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)尹成杰在會(huì)上提出，生物質(zhì)能的開發(fā)利用既涉及農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，又關(guān)系到能源安全。我國(guó)生物質(zhì)能開發(fā)利用的4個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域：大力普及農(nóng)村沼氣；積極推廣農(nóng)作物秸稈生物氣化和固體成型燃料；穩(wěn)步推進(jìn)秸稈發(fā)電。
目前我國(guó)生物質(zhì)資源利用取得了一定成就，但同時(shí)也存在著很大弊端，在經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，人們對(duì)生物質(zhì)能的不恰當(dāng)利用造成自然生態(tài)日趨惡化；并且農(nóng)村大部分農(nóng)業(yè)廢棄物的就地焚燒，致使資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。技術(shù)方面，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚存在一定差距，在生物質(zhì)液化、制氫及生物柴油制備等方面有待進(jìn)一步研發(fā)。另外，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)資源開發(fā)利用的成本還比較高。因此，除了依靠市場(chǎng)機(jī)制來進(jìn)行調(diào)控和發(fā)展，生物質(zhì)的推廣應(yīng)用還需要國(guó)家的政策扶持和財(cái)力支撐，以此來保證產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合，使科研成果能夠盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。
我國(guó)《可再生能源法》于2006年1月1日正式實(shí)施，相關(guān)價(jià)格、稅收、強(qiáng)制性市場(chǎng)配額和并網(wǎng)接入等鼓勵(lì)扶持政策也相繼出臺(tái)，這一切都為生物質(zhì)能的加速發(fā)展搭建了施展的平臺(tái)，因此，我們應(yīng)該把握時(shí)機(jī)，未雨綢繆，做好相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，才能在新能源時(shí)代有立足之地。
相關(guān)顆粒機(jī)秸稈壓塊機(jī)產(chǎn)品：
1、
秸稈顆粒機(jī)
2、
木屑顆粒機(jī)
3、
秸稈壓塊機(jī)
