生物質能轉化技術及資源綜合開發利用研究

李抒陽

（貴州省環境能源交易所，貴陽 550009）

生物質能轉化技術及資源綜合開發利用研究

李抒陽

（貴州省環境能源交易所，貴陽 550009）

生物質能是一種可再生能源，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭。近幾年，我國生物質能轉化技術發展較快，但是與發達國家相比，仍存在不小差距。生物資源包括林業、農業、廢棄水、固體廢物和畜禽糞便等資源，其化學成分相差較大。生物資源可以通過直接燃燒、物化、生化、化學轉化等方式轉變成為生物質能。本文介紹了生物質能的國內外研究現狀、分類及化學組成，通過分析提出了合理利用的措施，以期指導今后的實踐工作。

生物質能；生物資源；綜合開發利用

1 國內外生物質能開發現狀與發展趨勢

1.1 國外開發現狀與發展趨勢

美國是生物質能發展比較好的發達國家之一，為了更好地發展生物質能技術，美國國會于2002年通過了《發展和推進生物質產品和生物能源報告》與《生物質技術路線圖》法案，并提高科研經費至6.82億美元，同時還提出減免生物質能稅收的相應政策。歐盟也提出，到2020年，將有20%的燃料用生物質能代替。為了應對石油危機，巴西等國減少石油進口量，大力發展生物質能技術。與此同時，日本、新加坡、加拿大等國也開始進行生物質能的研發工作[1]。

1.2 國內開發現狀與發展趨勢

我國政府將生物質能利用技術的研究與應用列為重點科技攻關項目，并開展了乙烯類生物質能的研發與應用工作。近年來，我國在生物質能領域取得了許多優秀成果，但由于研究范圍較小，生物質能理論基礎薄弱，仍然有許多實際問題尚未解決，與其他發達國家相比，仍存在不小的差距[2]。

近些年，我國主要利用生物質能技術生產煤油、汽油等能源，并沒有對生物質能進行更深層次的挖掘，導致生物汽油價格遠高于以石油為原料的汽油價格。這不僅不利于進一步推廣生物質能技術，還嚴重阻礙了生物質能技術的應用。

2 生物質資源的分類

根據來源不同，生物質能資源主要分為五類，即林業資源、農業資源、廢棄水、城市固體廢物和畜禽糞便。

林業資源主要是指由植物提供的生物能源，包括落下的樹葉、殘余的樹枝和木屑等；農業資源指的是農作物生產過程中產生的廢棄物所提供的生物能源，主要包括農作物的秸稈、果殼、果粒等[3]；廢棄水主要包括生活污水和工業有機廢水兩類，生活污水是指人們在生活中排放的污水，如盥洗水、廚房污水等；工業有機廢水指的是工業生產過程中產生的含有有機物質的污水；城市固體廢物指的是人們在生活中丟棄的固體垃圾，如生活垃圾、建筑廢物等，其類型受人們的生活水平、消費觀念、傳統習俗等因素的影響；禽類糞便指的是家畜的排泄物。

3 生物質能源轉化技術

根據原料濕度不同，生物質能可以分為干生物質和濕生物質兩大類。通常，干生物可以采用直接燃燒、熱化學法和物理化學法轉變為生物質能，濕生物采用生物技術和化學方法轉變為生物質能。生物資源可以通過上述方法轉變成為固體、液體和氣體燃料。

3.1 直接燃燒方式

直接燃燒法的處理過程簡單、易操作，但是如果燃燒不充分，會對環境造成一定破壞。以前，人們主要采用爐灶、鍋爐進行燃燒處理，隨著科學技術的不斷進步，固體成型燃燒法逐漸取代之前的燃燒方式。固體成型燃燒是指將生物體固化處理后進行轉換，這樣不僅可以提高轉換效率，使生物體燃燒充分，合理利用資源，還可以減少二氧化碳和二氧化硫的排放量，保護環境。

3.2 物化轉換方式

物化轉換主要包括對生物體進行液化、氣化、熱降解三種方式，人們通過物化轉換可以將生物體轉換為生物質能。

3.2.1 液化

液化指的是通過化學反應，將生物體轉換為液體形態的過程，液化的實質是在一定條件下，把大分子的固態物質變為小分子的有機物的過程，包括間接液化和直接液化兩種轉化方式。間接液化首先將生物轉化為氣體，之后再將氣體液化成為液體；直接液化是將生物體與化學劑相融合，放入高溫高壓反應釜中，在適當壓力、溫度條件下直接轉化為液體的過程。直接液化主要包括三個階段，一是將大分子的固體變為小分子的化合物；二是小分子的化合物被某種液體溶解；三是使其在高溫高壓反應釜中液化，最終以小分子液體的形式存在[4]。

3.2.2 氣化

生物體氣化是指在不完全燃燒的情況下，對生物體進行加熱處理，使大分子固體物質的化合鍵斷裂，產生一氧化碳、甲烷、氫氣等氣體的過程。

3.2.3 熱降解

生物熱降解指的是將生物體進行干燥后，進行研磨、粉碎處理，將研磨后的碎渣放入反應釜，通入硫化氣體并進行高溫加熱使其充分燃燒成炭灰形式，之后對其冷卻后收集。

3.3 生化轉化技術

生化轉化主要有厭氧消化制取沼氣、通過酶技術制取乙醇或甲醇液體燃料兩種方式。厭氧消化制取沼氣技術是指將有機物放置于無氧環境中，通過微生物之間的相互作用使其轉化為沼氣的過程，厭氧消化過程實質上就是沼氣發酵的過程，整個過程工藝非常復雜。酶技術制取乙醇或甲醇技術中最重要的是甲醇和乙醇的提取，通常乙醇可以從植物中進行有效提取[5]。

3.4 化學轉化方式

化學轉化方式是指按照相應的化學式進行反應，使之產生不同的生物質能，如生物柴油，其主要有物理法、化學法和生物法三種生產方法。物理法包括直接混合法與微乳液法；化學法包括裂解法、酯交換法和酯化法；生物法主要是指生物酶催化劑合成生物柴油技術[6]。

4 生物質資源綜合開發利用策略

首先，有效利用秸稈等植物廢物。農村秸稈資源豐富，隨著科學技術的不斷發展和農村人民生活水平的提高，秸稈、木柴等傳統燃料逐漸被石油、煤氣、電力取代，導致秸稈不能很好被利用，而化石能源的大量應用不僅危害環境，也造成資源浪費。人們必須給予重視，要進一步發展生物質能轉化技術，使秸稈得到合理利用。其次，要加大生物質能的科研投資，對生物質進行精細化分類，進一步發展生物智能化技術，使之有效代替石油等燃料。再次，要合理利用轉基因技術，培育更多優良品種。最后，要大膽創新生物質能轉化技術，提高生物質能產品產量，降低生產成本。

5 結語

隨著科學技術的不斷發展，生物質能技術將會扮演越來越重要的角色，人們在開發生物質能產品的同時，要合理、高效地利用生物資源，這樣不僅有利于資源節約型和環境友好型社會的建立，也有利于我國經濟的可持續發展。

1 李改蓮，王遠紅，楊繼濤，等.中國生物質能的利用狀況及展望[J].河南農業大學學報，2004，（1）：100-104.

2.黃盛初，孫 欣，張文波，等.中國煤炭開發與利用的環境影響研究[D].北京：煤炭信息研究院潔凈能源與環境中心，2003.

3 李琦芬，任建興，潘衛國，等.秸稈類生物質燃燒結渣與沉積傾向分析[J].上海電力學院學報，2007，23（4）：332-335.

4 劉 宇.多聯產能源系統設計和實施過程關鍵問題研究[D].北京：清華大學，2007.

5 林汝謀，金紅光，高 林.化工動力多聯產系統及其集成優化機理[J].熱能與動力工程，2006，21（4）：331-337.

6 林 琳，趙黛青，魏國平，等.生物質直燃發電系統的生命周期評價[J].水利電力機械，2006，28（12）：18-20.

Study on Biomass Energy Conversion Technology and Resources Comprehensive Development and Utilization

Li Shuyang
(Guizhou Environment Energy Exchange, Guiyang 550009, China)

Biomass is a renewable energy that can be converted into conventional solid, liquid and gaseous fuels, inexhaustible.In recent years, China's biomass energy conversion technology developed rapidly, but compared with developed countries, there is still a small gap.Biological resources, including forestry, agriculture, waste water, solid waste and livestock and poultry manure and other resources, the chemical composition of a large difference.Biological resources can be directly burned, materialized, biochemical, chemical conversion, etc.into biomass energy.This paper introduces the research status, classification and chemical composition of biomass energy at home and abroad, and puts forward reasonable utilization measures through analysis to guide future practical work.

biological energy; biological resources; comprehensive development and utilization

F426.2

A

1008-9500(2017)10-0046-03

2017-08-11

李抒陽（1995-），男，貴州遵義人，本科，研究方向：環境能源交易。