0、前言
地球上蕴藏的可开发利用的煤和石化能源将分别在200年、40年内耗竭，天然气也只能用60年左右。与此同时，由于石化能源的过度开发利用带来环境污染和全球气候变暖的问题也日益突出。因此，寻找和开发新型可再生能源迫在眉睫，富通新能源生产销售的
秸秆颗粒机、
木屑颗�；�、
秸秆压块机专业压制生物质成型颗粒燃料。
生物质能（biomass energy或bioenergy）是人类使用的最古老的能源，是随着石化能源危机及回归生态平衡而被人类重新认识的。生物质( bi-omass)主要是指可再生或循环的有机物质，包括农作物、树木、垃圾、工农业废弃物和其它植物及其残体( residues)等。生物质能一般是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量，其来源于C02，燃烧后产生CO2，因此可以认为CO，的排放是零，甚至有所减少（燃烧后草木灰中含有大量的K2CO2）。故生物质与矿物燃料相比更为洁净，具有可再生性、环境友好性，是解决能源和环境问题的有效途径之—。
目前世界拥有生物质资源约18.41×1011t，如以能量换算，相当于目前石油产量的15 - 20倍。生物质能已成为仅次于煤、石油和天然气的第四大能源，约占全球总能耗的14%。
1、国内外生物质能利用状况
生物质能的研究与开发早己被世界各国所关注。欧盟规划2010年可再生能源比例达12%，可替代2000×104 t石油，其中成本较低的生物质能约占80%。北欧各国发展木材发电，德国致力发展沼气，并且己利用生物气体研制新型燃料电池。美国加快木材发电和燃料乙醇的启用，利用农作物及其废物制造乙醇，作为汽车燃料。古巴利用大量的甘蔗渣用于燃烧发电，并且已进行国际合作，欲投资1亿美元兴建以甘蔗渣为原料的环保电厂，预计所生产的电能可达到古巴全国需要量。
我国是世界第二大能源消耗国，也是农业大国，生物质资源十分丰富，开发利用生物质能不仅能解决能源�；�，为可持续发展提供充足的能源和动力，还可�；ど肪常饩龌肪澄廴疚侍�。目前，我国生物质能源的开发和利用仍然以传统的燃烧技术为主，生物质气化、液化和生物柴油等技术正得到逐步发展。气化以厌氧发酵技术的推广和应用为主，同时发展直接气化技术。
2、生物质能转化利用技术及研究状况
一般地，所有种类生物质都可以进行热化学转化，含湿量低的草本植物和木本植物最适合热化学转化，而能量密度低的散抛型农业废弃物可通过压缩成型来提高利用价值。
2.1直接燃烧法(Direct combustion)
直接燃烧通常是在蒸汽循环作用下将生物质能转化为热能和电能，为烹饪、取暖、工业生产和发电提供热量和蒸汽。小规模的生物质转化利用率低下，热转化损失约为30 - 90%。通过利用转化效率更高的燃烧炉，可以提高利用率。
生物质燃烧最常用的是锅炉燃烧和流化床燃烧技术，后者由于氮氧化物的低排放特性迅速得到青睐。G．Eriksson和B．KjellstrOm等研究了木材水解残渣在150 kW的粉末燃烧器里的燃烧情况，结果表明直接燃烧是燃气轮机使用的切实可行的方法。
直接燃烧是最早采用的一种生物质开发利用方式，可以最快速度地实现各种生物质资源的大规模无害化、资源化利用，成本较低，因而具有良好的经济性和开发潜力。
2.2生物化学转化(Biochemical conversion)
2.2.1发酵( Fermentation) 乙醇具有诸多优良特性，如燃烧特性好，无铅、CO、SO，和其它碳氢化合物，有益于保护环境，特别是可直接与石油天然气混合作为内燃机的液体燃料。
乙醇的发酵底物几乎包括各种原始生物材料，最主要的原料为甘蔗、小麦、谷类、甜菜和木材。若用富含木质纤维素的农业废弃物生产乙醇，可避免农作物食用和工业生产间的矛盾，其潜在生产量高达491 GL/年，是世界目前产量的16倍。Keikhosro等人采用毛霉、根霉和酵母对稀酸预处理过的稻草进行同步糖化发酵，根霉( oryzea)发酵乙醇产率高达74%，副产物为乳酸，毛霉( indicus)也能达到68%的产率。为避免生产乳酪剩余的乳清对环境造成污染，Salman等人用酵母发酵天然乳清，产生乙醇。美国能源部选用稀酸处理过的玉米纤维进行同步糖化发酵，降低了原料成本。高粱富含淀粉，但尚未用来生产生物质能，X．Zhan等对高梁采用超临界流体挤压蒸煮法，使乙醇转化率提高5%，表明该法是一种有效的处理方法。
生物质发酵生产乙醇是国际上除了制备生物柴油以外的另一条石油替代路线，近期我国重点技术研发方向是利用甜高梁、木薯及木质纤维素等非粮食原料生产燃料乙醇，并建设规模化原料供应基地，建立生物质液体燃料加工企业，到2010年，燃料乙醇的年生产能力将达到约200×104t。
2.2.2庆氧性消化( Anaerobic digestion) 厌氧消化是指利用微生物在缺氧条件下消化易腐生物质，使其彻底分解，产生氢气和甲烷等高能清洁燃料，即沼气的过程。Yingnan Yang等以醋酸盐等为有机源，在填充了碳毡的固定化产烷微生物流化床混合反应器中进行厌氧消化，使甲烷产量达798 mL/d，提高了产量。Jae K C等对餐饮废弃物的各个组成及混合物的消化产甲烷情况进行了研究。
目前，木质纤维素类物质分解是沼气生产的瓶颈问题。由于对厌氧消化所需要的三类嫌氧微生物的研究仍较肤浅，致使无法圆满解决产气效率低等现象。如果这一课题的研究得到质的进展，则可将原料由目前以人畜粪便为主扩大到各种秸秆、枝叶类，可以大大扩展沼气原料来源。
2.3 热化学转化( Thermochemical conversion)
热化学转化技术与其它技术相比，具有功耗少、转化率高、较易工业化等优点。生物质热化学转化包括气化、热解、液化和超临界萃取，其中气化和液化技术是生物质热化学利用的主要形式。
2.3.1 气化(Gasification) 气化是生物质转化的最新技术之一。生物质受热后，通过连续反应将其中碳的内在能量转化为可燃烧气体，既可供生产、生活直接燃用，也可用来发电，进行热电联产联供，从而实现生物质的高效清洁利用。此外，欧共体还开展了生物质气化合成甲醇、氨的研究研究。
我国根据目前的生物质资源，如果仅将l%的麦杆和10%的谷壳用来气化和发电，总装机容量就可能会高于200×104 kW。另外，我国己基本具备了发展生物质气化合成甲醇技术的空间，只要各部分的关键问题得到解决，并结合新技术和提高系统效率，生物质气化合成甲醇技术就会具有广阔的发展前景。
生物质气化及发电技术在发达国家已受广泛重视，发展中国家随着经济发展也逐步重视生物质的开发利用。在我国，利用现有技术，研究开发经济上可行、效率较高的生物质气化发电系统对今后能否有效利用生物质起关键作用。
2.3.2 热解(Pyrolysis) 在隔绝空气条件下加热生物质，或者在少量空气存在的条件下部分燃烧产生碳氢化合物、含油液体和残炭的混合物，为热解产物。通过生物质热解及其相关技术，可生产焦炭和甲醇、丙酮、乙酸、焦油等副产物。
热解按温度、升温速率、反应时间和颗粒大小等条件，可分为慢速热解、常规热解和闪速热解三方式�？焖偃冉馐且苑橇甘忱嗟纳镏饰现迫∫禾迦剂系姆椒ㄖ�，尺度小的稻壳、木屑等的干燥物料是快速热解工艺的理想原料。由快速热解工艺获得的液体燃料含氧量高，但是热值较石化燃料低，还需要进一步精制处理才能有效利用。
如果能够开发出选择性优良的快速热解工艺，生产出低含氧量，高热值的液体燃料，那么快速热解工艺将具有非常强的竞争力。
2.3.3 液化(Liquefaction) 生物质的热解液化是在缺氧条件下将生物质迅速加热到500℃~600℃温度左右，使之主要转换成液化产物（油）的一种工艺。这种液体燃料既可以直接作为燃料使用，也可以再转化为品位更高的液体燃料或价值更高的化工产品。液化产品的处理方法包括催化加氢、热加氢、催化裂解及两段精制处理等。目前，催化加氢是较常用的方法。
高压液化技术是生物质直接液化技术的一种，是指在较高压力、一定温度和溶剂、催化剂存在等条件下对生物质进行液化反应制取液体产品的技术。相比同为直接液化的快速热裂解法，该技术具有工艺简捷、易于大规模工业化生产等特点，因而得到了广泛的关注和深入的研究。
2.3.4 超临界流体萃取(Supercritical fluid ex-traction，SCFE) 超临界流体(SCF)具有气液两重性的特点，它既有与气体相当的高渗透能力和低粘度，又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力。在超临界水中，将煤炭和生物质能源转化为清洁的氢能，具有气态产物中氢气含量高，无需对原料进行干燥，反应不生成焦油等副产品，不造成二次污染等优点。A．Demirbas用超临界水萃取法使水果皮产生富氢气体。和其它热解、气化等热化学法相比，超临界萃取法能直接处理潮湿物料而不用对其干燥，并且能在较低温度下保持高的萃取效率。
超临界流体萃取能减少样品的准备时间，加快提取速度，改善萃取效果，并且对固体和半固体样品的提取率不亚于常规萃取法�？勺魑猄CF的物质很多，如二氧化碳、六氟化硫、乙烷、甲醇、氨和水等。利用SCFE进行生物质转化已有很多应用。
2.4 固体成型技术(Briquetting technology)
固体成型技术是指在一定温度与压力作用下，将原来分散的、没有一定形状的生物质废弃物压制成具有一定形状、密度较大的各种成型燃料的高新技术。秸秆、谷壳和木材等的屑末下脚料由于体积密度小，占用空间大，直接焚烧浪费资源且污染环境。该技术则能以连续的工艺和工厂化的生产方式将这些低品位的生物质转化为易储存、易运输、能量密度高的高品位生物质燃料，从而使燃烧性能得到明显改善，热利用效率显著提高，为高效再利用农林废弃物、农作物秸秆等提供了一条很好的途径。
目前国内开发的生物质颗粒燃料成型技术（Highzones技术），比热压成型技术减少了烘干、成型时加热及降温等三个耗能程序，可就地将原料及时压缩成颗粒燃料，解决了生物质燃料规模化应用中存在的收、运、储成本高的瓶颈问题，便于在原料产地推广使用，这一技术被欧盟生物质能工业协会主席托德先生称为“世界生物质能领域的首创”。
2.5生物柴油制取( Biodiesel production)
这是一种从含有大量植物油的种子中提取液体油直接用于燃烧或将其经乳化、高温裂解或酯化处理后作为替代柴油的方法。
植物油粘度较大，直接用作燃料油会出现结焦炭化等现象，国内外普遍采用以低碳醇为酯化剂，用酸、碱或酶作催化剂，将原料油进行酯化处理后获得相应的脂肪酸酯，即生物柴油。生物柴油性能与石化柴油相近，并且具有硫含量低、分解性能好、燃烧效率高等特点，大大降低了环境污染，是石化柴油的优良可再生替代品，有“绿色柴油”之称。相比其它方法，酯交换法工艺简单、费用较低、制得的产品性质稳定，是生物柴油主要的制备方法。
美国主要以相对便宜的豆油为原料制备生物柴油，欧洲主要是以油菜籽为原料，棕榈油、葵籽油、米糠油等也是最常见的原料。值得一提的是，动植物废弃餐饮油是一种很好的制备生物柴油的原料，除了获得优质生物柴油并防止废弃油重返餐桌，保证饮食安全，还可以有效降低生产成本。Mustafa C用废油制备生物柴油并进行了排放实验。结果表明：生物柴油和石化柴油具有几乎相同的热效率，在HC、CO等方面比普通2#柴油降低了46. 27%、17. 77%。日本植物油资源贫乏，因此主要用废油为原料制备生物柴油。
我国多年来开展了一些生物柴油研发工作，中科大、石油化工研究院、西北农林科技大、辽宁能源所等分别进行了实验研发和小型工业试验，一系列关键技术己被克服。海南、四川和福建几家公司开发出拥有自主知识产权的技术，相继建成年产超过万吨生物柴油的生产企业。我国中长期规划战略目标指出：2020年乙醇和生物柴油的产量各达到1 500×104 t，替代25%的石油进口。
本课题组分别以含油率较高、经济寿命达70余年的木本作物一乌桕所产的梓油和动植物废弃油脂为原料，在制备生物柴油过程中使用自制的磁性固体催化剂，制备出高质量的生物柴油。该催化剂催化活性较高，易与反应体系分离、回收，可重复使用，避免传统工艺使用强酸、强碱催化剂所产生的大量废液腐蚀设备，污染环境，具有环境友好性；同时用大孔树脂精制其副产物，得到高附加值的精制甘油，有效降低了生产成本[33]。整个生产过程中无“三废”、无污染，符合绿色化工生产要求。生物柴油生产过程对水分要求苛刻，去除水分一般采用硅胶干燥或真空减压蒸馏，设备投资大，能耗高，增加生产成本。本课题组开发的特种乳化剂，可使适量水分、生物柴油、石化柴油相混合，形成均一、澄清体系，燃烧充分且性能稳定。目前研究成果已取得若干项专利。
3、生物质能的应用前景
生物质能对经济发展和生态平衡起着举足轻重的作用，我国生物质能富集区往往是“老少边穷”地区和纯农业区，经济建设相对落后，发展生物能源不仅经有经济意义，对解决农业产业化、农村剩余劳动力转移、农村地区工业化和建设和谐社会，都有很大意义。“不与人争粮，不与粮争地，不与传统行业争利”，这是我国发展生物质能利用的新特点。
据中国工程院《中国可持续发展能源战略研究》预测，2050年我国生物质能开发利用量将达到275 Mt标准煤，占一次能源供应量的8%，因此生物质能具有广阔的开发前景。2006年8月19日，全国生物质能开发利用工作会议在北京召开。农业部副部长尹成杰在会上提出，生物质能的开发利用既涉及农业和农村经济发展，又关系到能源安全。我国生物质能开发利用的4个重点领域：大力普及农村沼气；积极推广农作物秸秆生物气化和固体成型燃料；稳步推进秸秆发电。
目前我国生物质资源利用取得了一定成就，但同时也存在着很大弊端，在经济落后地区，人们对生物质能的不恰当利用造成自然生态日趋恶化；并且农村大部分农业废弃物的就地焚烧，致使资源浪费和环境污染。技术方面，与发达国家相比尚存在一定差距，在生物质液化、制氢及生物柴油制备等方面有待进一步研发。另外，国内生物质资源开发利用的成本还比较高。因此，除了依靠市场机制来进行调控和发展，生物质的推广应用还需要国家的政策扶持和财力支撑，以此来保证产学研的紧密结合，使科研成果能够尽快转化为生产力。
我国《可再生能源法》于2006年1月1日正式实施，相关价格、税收、强制性市场配额和并网接入等鼓励扶持政策也相继出台，这一切都为生物质能的加速发展搭建了施展的平台，因此，我们应该把握时机，未雨绸缪，做好相关技术储备，才能在新能源时代有立足之地。
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