生物質(zhì)能源是人類用火以來，最早直接應(yīng)用的能源。隨著人類文明的進步，生物質(zhì)能源的應(yīng)用研究開發(fā)幾經(jīng)波折，在第二次世界大戰(zhàn)前后，歐洲的木質(zhì)能源應(yīng)用研究達到高峰，然后隨著石油化工和煤化工的發(fā)展，生物質(zhì)能源的應(yīng)用逐漸趨于低谷。到20世紀(jì)70年代中期，由于中東戰(zhàn)爭引發(fā)的全球性能源危機，可再生能源，包括木質(zhì)能源在內(nèi)的開發(fā)利用研究，重新引起了人們的重視。人們深刻認(rèn)識到石油、煤、天然氣等化石能源的資源有限性和環(huán)境污染問題。有關(guān)資料介紹，根據(jù)現(xiàn)己探明的儲量和需求推算，到21世紀(jì)中葉，世界石油、天然氣資源可能枯竭，而煤炭的大量使用，不僅自身貯量有限，而且由于燃燒產(chǎn)生大量的SO2、CO2等氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，己引起國際社會的共同關(guān)注，環(huán)境問題與能源問題密切相關(guān)，成為當(dāng)今世界共同關(guān)注的焦點之一。有資料表明，化石燃料的使用是大氣污染的主要原因。“酸雨”、“溫室效應(yīng)”等等都己給人們賴以生存的地球帶來了災(zāi)難性的后果。而使用大自然饋贈的生物質(zhì)能，幾乎不產(chǎn)生污染，使用過程中幾乎沒有SO2產(chǎn)生，產(chǎn)生的CO，氣體與植物生長過程中需要吸收大量CO2在數(shù)量上保持平衡，被稱之為CO2中性的燃料。生物質(zhì)能源可再生而不會枯竭，同時起著保護和改善生態(tài)環(huán)境的重要作用，是理想的可再生能源之一，富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機、秸稈顆粒機、秸稈壓塊機等生物質(zhì)燃料成型機械設(shè)備。
林業(yè)薪炭林和農(nóng)作物秸桿同屬于生物質(zhì)能源。在目前世界的能源消耗中，生物質(zhì)能耗占世界總能耗的14%，僅次于石油、煤炭和天然氣，位居第4位。而在發(fā)展中國家，生物質(zhì)能耗占有較大比重，達到50%以上。
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝?0%以上，農(nóng)村生活用能主要是依靠秸桿和薪材。據(jù)統(tǒng)計資料介紹，農(nóng)村總能耗的65%以上為生物質(zhì)能，其中薪材消耗量約占總能耗的29%。為了解決農(nóng)村用能緊缺的問題，我國正在大力發(fā)展薪炭林，目前薪炭林總面積己達429萬hm2，年產(chǎn)生物量達到2.2億t左右Ⅲ。生物質(zhì)是一種可以與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的能源，具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。用包括生物質(zhì)能在內(nèi)的可再生能源，用現(xiàn)代技術(shù)開發(fā)利用，對于建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系，促進社會和經(jīng)濟的發(fā)展以及改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。如何高效開發(fā)利用，包括薪炭林在內(nèi)的生物質(zhì)能，已經(jīng)歷史地擺在我們面前。
2、生物質(zhì)能應(yīng)用技術(shù)研究現(xiàn)狀
2.1研究開發(fā)技術(shù)概況
生物質(zhì)能的研究開發(fā)，主要有物理轉(zhuǎn)換、化學(xué)轉(zhuǎn)換、生物轉(zhuǎn)換3大類。涉及到氣化、液化、熱解、固化和直接燃燒等技術(shù)。
2.1.1 氣化 生物質(zhì)能氣化是指固體物質(zhì)在高溫條件下，與氣化劑（空氣、氧氣和水蒸氣）反應(yīng)得到小分子可燃氣體的過程。所用氣化劑不同，得到的氣體燃料種類也不同，如空氣煤氣、小煤氣、混合煤氣以及蒸汽——氧氣煤氣等。目前使用最廣泛的是空氣作為氣化劑。產(chǎn)生的氣體主要作為燃料，用于鍋爐、民用爐灶、發(fā)電等場合，也可作為合成甲醇的化工原料。
2. 1.2 液化 液化是指通過化學(xué)方式將生物質(zhì)轉(zhuǎn)換成液體產(chǎn)品的過程。液化技術(shù)主要有間接液化和直接液化2類。間接液化就是把生物質(zhì)氣化成氣體后，再進一步合成反應(yīng)成為液體產(chǎn)品；或者采用水解法，把生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為多糖，然后再用生物技術(shù)發(fā)酵成為酒精。直接液化是把生物質(zhì)放在高壓設(shè)備中，添加適宜的催化劑．在一定的工藝條件下反應(yīng)，制成液化油，作為汽車用燃料，或進一步分離加工成化工產(chǎn)品。這類技術(shù)是生物質(zhì)能的研究熱點。
2.1.3 熱解 生物質(zhì)在隔絕或少量供給氧氣的條件下，加熱分解的過程通常稱之謂熱解，這種熱解過程所得產(chǎn)品主要有氣體、液體、固體3類產(chǎn)品。其比例根據(jù)不同的工藝條件而發(fā)生變化。最近國外研究開發(fā)了快速熱解技術(shù)，即瞬時裂解，制取液體燃料油H1。液化油得率以干物質(zhì)計，可達70%以上。是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。
2.1.4 固化將生物質(zhì)粉碎至一定的粒度，不添加粘接劑，在高壓條件下，擠壓成一定形狀。其粘接力主要是靠擠壓過程產(chǎn)生的熱量，使得生物質(zhì)中木質(zhì)素產(chǎn)生塑化粘接。成型物再進一步炭化制成木炭�，F(xiàn)己開發(fā)成功的成型技術(shù)按成型物形狀劃分主要有3大類：棒狀成型、顆粒狀成型和圓柱塊狀成型技術(shù)。解決了生物質(zhì)能形狀各異、堆積密度小且較松散、運輸和貯存使用不方便的問題，提高了生物質(zhì)的使用熱效率。
2.1.5 直接燃燒 直接燃燒是生物質(zhì)最早被使用的傳統(tǒng)方式。研究開發(fā)工作主要是著重于提高直接燃燒的熱效率。如研究開發(fā)直接用生物質(zhì)的鍋爐等用能設(shè)備。
2.2 國外研究概況
20世紀(jì)70年代開始，生物質(zhì)能的開發(fā)利用研究己成為世界性的熱門研究課題。許多國家都制定了相應(yīng)的開發(fā)研究計劃，如日本的陽光計劃、印度的綠色能源工程、美國的能源農(nóng)場和巴西的酒精能源計劃，紛紛投入大量的人力和資金從事生物質(zhì)能的研究開發(fā)。
生物質(zhì)能利用研究開發(fā)工作，國外尤其是發(fā)達國家的科研人員作了大量的工作。
美國在生物質(zhì)利用方面處于世界領(lǐng)先地位。據(jù)報道，美國有350多座生物質(zhì)發(fā)電站，主要分布在紙漿、紙產(chǎn)品加工廠和其它林產(chǎn)品加工廠，這些工廠大都位于郊區(qū)。發(fā)電裝機總?cè)萘窟_700 MW，提供了大約6.6萬個工作崗位。據(jù)有關(guān)科學(xué)家預(yù)測，到2010年，生物質(zhì)發(fā)電將達到13000 MW裝機容量，屆時有16.2萬hm2的能源農(nóng)作物和生物質(zhì)剩余物作為氣化發(fā)電的原料，同時可安排17萬多就業(yè)人員。20世紀(jì)70年代研究開發(fā)了顆粒生物質(zhì)成型顆粒燃料，該技術(shù)在美國、加拿大、日本等國得到推廣應(yīng)用。并研究開發(fā)了專門使用顆粒生物質(zhì)成型顆粒燃料的爐灶，用于家庭或暖房取暖。在北美有50萬戶以上家庭使用這種專用取暖爐。美國的顆粒生物質(zhì)成型顆粒燃料，年產(chǎn)量達80萬t。
奧地利成功地推行建立燃燒木質(zhì)能源的區(qū)域供電計劃，目前已有八九十個容量為1000 -2 000 kW的區(qū)域供熱站，年供熱10 x109MJ。加拿大有12個實驗室和大學(xué)開展了生物質(zhì)的氣化技術(shù)研究。1998午8月發(fā)布了由Freel和Barry A申請的生物質(zhì)循環(huán)流化床快速熱解技術(shù)和設(shè)備。瑞典和丹麥正在實行利用生物質(zhì)進行熱電聯(lián)產(chǎn)的計劃，使生物質(zhì)能在提供高品位電能的同時，滿足供熱的要求。1999年，瑞典地區(qū)供熱和熱電聯(lián)產(chǎn)所消耗的能源中，26%是生物質(zhì)能。加拿大用木質(zhì)原料生產(chǎn)的乙醇產(chǎn)量為每年17萬t。比利時每年以甘蔗渣為原料制取的乙醇量達3.2萬t以上。美國每年以農(nóng)村生物質(zhì)和玉米為原料生產(chǎn)乙醇約450萬t，計劃到2010年，可再生的生物質(zhì)可提供約5 300萬t乙醇。
在氣化、熱解反應(yīng)的工藝和設(shè)備研究方面，流化床技術(shù)是科學(xué)家們關(guān)注的熱點之一。印度Anna大學(xué)新能源和可再生能源中心最近開發(fā)研究用流化床氣化農(nóng)林剩余物和稻殼、木屑、甘蔗渣等，建立了一個中試規(guī)模的流化床系統(tǒng)，氣體用于柴油發(fā)電機發(fā)電。1995年美國Hawaii大學(xué)和Vermont大學(xué)在國家能源部的資助下開展了流化床氣化發(fā)電工作。Hawaii大學(xué)建立了日處理生物質(zhì)量為100 t的工業(yè)化壓力氣化系統(tǒng)，1997年已經(jīng)完成了設(shè)計。建造和試運行達到預(yù)定生產(chǎn)能力。Vermont大學(xué)建立了氣化工業(yè)裝置，其生產(chǎn)能力達到200 t/d，發(fā)電能力為50 MW。目前已進入正常運行階段。
日本從20世紀(jì)40年代開始了生物質(zhì)成型技術(shù)研究，開發(fā)出單頭、多頭螺桿擠壓成型機，生產(chǎn)棒狀生物質(zhì)成型顆粒燃料。其年生產(chǎn)量達25萬t左右。歐洲各國開發(fā)了活塞式擠壓制圓柱及塊狀成型技術(shù)。
美國、新西蘭、日本、德國、加拿大等國先后開展了從生物質(zhì)制取液化油的研究工作。將生物質(zhì)粉碎處理后，置于反應(yīng)器內(nèi)，添加催化劑或無催化劑，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為液化油，其發(fā)熱量達3.5×104 kj/kg左右，用木質(zhì)原料液化的得率為絕干原料的50%以上。歐盟組織資助了3個項目，以生物質(zhì)為原料，利用快速熱解技術(shù)制取液化油，已經(jīng)完成100 kg/h的試驗規(guī)模，并擬進一步擴大至生產(chǎn)應(yīng)用。該技術(shù)制得的液化油得率達70%，液化油熱值為1.7×104 kj/kg。
歐美等發(fā)達國家的科研人員在催化氣化方面也作出了大量的研究開發(fā)工作，在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，應(yīng)用催化劑，旨在降低反應(yīng)活化能，改變生物質(zhì)熱分解進程，分解氣化副產(chǎn)物焦油成為小分子的可燃氣體，增加煤氣產(chǎn)量，提高氣體熱值，降低氣化反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)速率和調(diào)整氣體組成，以便進一步加工制取甲醇和合成氨。研究范圍涉及到催化劑的選擇，氣化條件的優(yōu)化和氣化反應(yīng)裝置的適應(yīng)性等方面，并己在工業(yè)生產(chǎn)裝置中得到應(yīng)用。
2.3國內(nèi)研究開發(fā)概況
我國生物質(zhì)能的應(yīng)用技術(shù)研究，從20世紀(jì)80年代以來一直受到政府和科技人員的重視。國家“六五”計劃就開始設(shè)立研究課題，進行重點攻關(guān)，主要在氣化、固化、熱解和液化等方面開展研究開發(fā)工作。
生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究在我國發(fā)展較快。利用農(nóng)林生物質(zhì)原料進行熱解氣化反應(yīng)，產(chǎn)生的木煤氣供居民生活用氣、供熱和發(fā)電方面。中國林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所從20世紀(jì)80年代初期開始研究開發(fā)木質(zhì)原料和農(nóng)業(yè)剩余物的氣化和成型技術(shù)。先后承擔(dān)了國家、部、省級重點項目和國際合作項目近10項，研究開發(fā)了以林業(yè)剩余物為原料的上吸式氣化爐，己先后在黑龍江、福建等建成工業(yè)化裝置，氣化爐的最大生產(chǎn)能力達6.3×106kj/h（消耗木片量為300 kg/h）。產(chǎn)生的木煤氣作為集中供熱和居民家庭用氣燃料，從原料計算氣化熱效率達到70%以上。同時在出熱量達4.18×104 kj/h的中試裝置中，進行了氣化發(fā)電試驗研究，電的轉(zhuǎn)化率為13%左右。最近在江蘇省研究開發(fā)以木屑、稻殼、稻草和麥草為原料，應(yīng)用內(nèi)循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)，并研究應(yīng)用催化劑和富氧氣化技術(shù)產(chǎn)生接近中熱值煤氣，供鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民使用的集中供氣系統(tǒng)，氣體熱值為7 000 kj/Nm3左右，較同類生物質(zhì)氣化的熱值提高了近30%，氣化熱效率達70%以上。山東省能源研究所研究開發(fā)了下吸式氣化爐，主要適用硬秸桿類農(nóng)業(yè)剩余物的氣化。從20世紀(jì)90年代開始，在農(nóng)村居民集中居住地區(qū)得到較好的推廣應(yīng)用，己形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。國內(nèi)有數(shù)十家單位從事同類技術(shù)的研究開發(fā)，目前全國己建立300余個秸桿氣化集中供氣系統(tǒng)。氣體熱值一般在5 000 kj/Nm3，氣化轉(zhuǎn)化率達70%以上。
廣州能源研究所開發(fā)了外循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化技術(shù)，制取的木煤氣作為干燥熱源和發(fā)電。己完成了目前國內(nèi)最大發(fā)電能力為1 MW的氣化發(fā)電系統(tǒng)，為木材加工廠提供附加電源。遼寧能源所與意大利合作引進了一套下吸式氣化爐發(fā)電裝置，發(fā)電能力30 kW。另外北京農(nóng)機院、浙江大學(xué)熱工所和大連環(huán)科所等單位先后開展了生物質(zhì)氣化技術(shù)的研究工作。
我國的生物質(zhì)固化技術(shù)開始于“七五”期間，現(xiàn)己達到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。目前國內(nèi)己開發(fā)完成的固化成型設(shè)備有2大類：棒狀成型機和顆粒狀成型機。這2種機型均由中國林科院林化所科研人員率先完成。棒狀成型機有單頭和雙頭2種，單頭生產(chǎn)能力為120 kg/h，雙頭機生產(chǎn)能力為200 kg/h。1998年與糧機集團公司合作，開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機，生產(chǎn)能力為250 - 300 kg/h，生產(chǎn)的顆粒生物質(zhì)成型顆粒燃料尤其適用于家庭或暖房取暖使用。南京市平亞取暖器材有限公司，從美國引進適用于家庭使用的取暖爐，通過國內(nèi)消化吸收，形成工業(yè)化生產(chǎn)。并從美國引進了一套生產(chǎn)能力為1.5 t/h的顆粒生物質(zhì)成型顆粒燃料生產(chǎn)線，1999年開始正式生產(chǎn)，產(chǎn)品供應(yīng)市場運行情況良好。
從20世紀(jì)50年代開始了稀酸常壓、稀酸加壓的濃酸大液比的水解、纖維素酶水解法研究，并在南岔水解廠建立示范工程，主要利用木材加工剩余物制取乙醇和飼料酵母，設(shè)計生產(chǎn)能力為年產(chǎn)4 000 t乙醇，產(chǎn)生的木質(zhì)素作為生產(chǎn)活性炭的原料。但由于工藝設(shè)備較之用糧食淀粉水解制乙醇復(fù)雜得多，在糧食供應(yīng)充足、糧價較低情況下，難以和糧食酒精匹敵，更難和石油化工的合成酒精競爭。20世紀(jì)80年代，人們再度開始木質(zhì)纖維素的水解新技術(shù)的研究，中國林科院林化所、山東大學(xué)、華東理工大學(xué)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等先后開展了生物質(zhì)水解制取乙醇工藝和設(shè)備的研究開發(fā)，重點對前處理工藝進行了研究，目前尚處于研發(fā)階段。
木材熱解技術(shù)的研究，國內(nèi)從20世紀(jì)50年代至60年代進行大量的研究工作，中國林科院林化所在北京光華木材廠建立了一套生產(chǎn)能力為500 kg/h的木屑熱解工業(yè)化生產(chǎn)裝置；在安徽蕪湖木材廠建立年處理能力達萬噸以上的木材固定床熱解系統(tǒng)。黑龍江鐵力木材干餾廠曾從前蘇聯(lián)引進了年處理木材10萬t的大型木材熱解設(shè)備。這些生產(chǎn)裝置的目標(biāo)均是為了解決當(dāng)時我國石油資源緊缺問題。隨著石油化工的迅速崛起，以木材為原料制取化工產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高，難以與石化產(chǎn)品競爭，這些裝置紛紛下馬和轉(zhuǎn)產(chǎn)。研究工作也轉(zhuǎn)向以熱解產(chǎn)品的深加工開發(fā)，如活性炭、木醋液等應(yīng)用研究領(lǐng)域。國內(nèi)在快速熱解制取液化油的研究開發(fā)方面，尚未見有報道。
總之，我國在生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究開發(fā)方面做了許多工作，取得了明顯的進步，但與發(fā)達國家相比差距甚遠。
（轉(zhuǎn)載請注明：富通新能源顆粒機m.basi2.com）
