生物質(zhì)能利用技術(shù)及設(shè)備研究

萬宏海

【摘 要】本文分析了生物質(zhì)能應(yīng)用存在的問題以及目前生物質(zhì)能及時發(fā)展未來的方向。從長遠(yuǎn)生物質(zhì)能發(fā)展來分析，我國需要注重對生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化市場以及發(fā)展生物質(zhì)能專用設(shè)備進(jìn)行培育，除此之外，還需要對二氧化碳固存及時方面進(jìn)行深入的研究。因此，本文分析了生物質(zhì)能利用技術(shù)存在的一些問題，并且對生物質(zhì)能利用發(fā)展方向進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)能；利用；發(fā)展方向

生物質(zhì)能是通過植物的光合作用將太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能來保存到生物體當(dāng)中的能量。它是一類能夠通過人類自身能力來生產(chǎn)的一類能源。隨著化石能源越來越少，我們需要對可再生能源的發(fā)展和利用進(jìn)行格外注重，生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用不斷受到更多國家進(jìn)行重點(diǎn)進(jìn)行發(fā)展和規(guī)劃[1]。

生物質(zhì)的種類比較多，從能源發(fā)展戰(zhàn)略方面出發(fā)，主要是通過有機(jī)廢棄物以及能源作物方面的利用。有效的利用生物質(zhì)能可以實(shí)現(xiàn)利用燃燒等化學(xué)的作用，進(jìn)而讓這些能力更好的釋放，并且進(jìn)行充分利用。生物質(zhì)能利用技術(shù)發(fā)展越來越快，其更好的充分和科學(xué)的對生物質(zhì)能進(jìn)行利用[2]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：到二十一世紀(jì)中期，利用新技術(shù)生產(chǎn)得到了各類生物質(zhì)將替代全球總能耗的一般以上的燃料。當(dāng)前，生物質(zhì)能利用技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，然而，還不像化石能源利用技術(shù)那樣更加完善，特別體現(xiàn)在了使用生物質(zhì)能源設(shè)備以及主要沿用了傳統(tǒng)直接燃燒設(shè)備，或者利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)變進(jìn)而適應(yīng)化石能源利用設(shè)備。

一、生物質(zhì)能利用過程和技術(shù)

生物質(zhì)能利用技術(shù)主要包括生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)和生物質(zhì)能使用技術(shù)2個方面。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)，大體上包括兩類：第一，為適應(yīng)化石能源使用設(shè)備而進(jìn)行的生物質(zhì)氣化、液化、固化和植物油脂轉(zhuǎn)化技術(shù)，如，生物質(zhì)制H2，C2H5OH，CH3OH，生物柴油等，主要采用化學(xué)或生化技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。第二，基于傳統(tǒng)直接燃燒技術(shù)改進(jìn)而發(fā)展起來的適應(yīng)新型爐灶的氣化、生物轉(zhuǎn)換技術(shù)，如，沼氣、生物質(zhì)氣化爐等[3]。

目前，生物質(zhì)能使用技術(shù)研究的重點(diǎn)主要是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣態(tài)和液態(tài)能源在一定程度上替代化石能源，如，生物柴油，C2H5OH，CH4等用于內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)。直接燃燒技術(shù)的改進(jìn)集中在對燃燒過程的控制和燃燒產(chǎn)物的處理。

無論是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)還是使用技術(shù)，生物質(zhì)原料的生產(chǎn)、取得和處理都是研究的重點(diǎn)之一。為了能使生物質(zhì)能在真正意義上大規(guī)模替代化石能源，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化、生產(chǎn)和使用技術(shù)還在不斷發(fā)展和完善，尤其是在成本、原料綜合利用以及使用效率的提高和使用設(shè)備的改進(jìn)方面。

二、生物質(zhì)能利用技術(shù)產(chǎn)生的問題分析

通常認(rèn)為生物質(zhì)能源的利用只是把吸收于大氣的溫室氣體重新排放到大氣中，整個循環(huán)過程未對環(huán)境造成影響。事實(shí)上，現(xiàn)在應(yīng)對溫室氣體效應(yīng)主要依賴的就是生物質(zhì)能夠更多地固存CO2。為了發(fā)展，人類必須消耗能源，生物質(zhì)能作為化石能源的理想替代能源，必將會大規(guī)模應(yīng)用。人類將同時滿足更大規(guī)模的生物質(zhì)能原料需求和更大規(guī)模的CO2固存。這個矛盾隨著生物質(zhì)能使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大將日益突出，成為各國政府必須認(rèn)真應(yīng)對的重要問題。目前，生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化原料主要取自糧農(nóng)作物，糧食和能源是發(fā)展必須同時解決的問題，生物質(zhì)能取代化石能源所需要的原料規(guī)模不會低于目前化石能源的需求規(guī)模。人類必須能夠大規(guī)模使用更廣泛的生物質(zhì)品中可作為能源的原料，不僅是提倡油類作物、糖類作物等能源植物，而是更多的各種類別的生物資源。

因此我們可以看出，目前的轉(zhuǎn)化技術(shù)必須不斷發(fā)展，以適應(yīng)更廣泛的容易取得的生物質(zhì)品種。近年來，中國的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)取得了很大進(jìn)展。但是，由于原料生產(chǎn)與取得、轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜等問題，成本高于化石能源，規(guī)模化生產(chǎn)受到市場限制，產(chǎn)業(yè)未能真正形成，這個矛盾使技術(shù)研究局限在較小的范圍內(nèi)，長此以往，將越來越落后于歐美。

三、生物質(zhì)能利用發(fā)展方向的探討

3.1必須首先解決環(huán)境問題

化石能源的繼續(xù)使用將使溫室氣體問題越來越嚴(yán)重，減少排放量只能使影響放緩，最終還主要靠綠色植物吸收和各種固碳途徑來解決。生物質(zhì)能的利用應(yīng)該伴隨生物質(zhì)固碳技術(shù)共同發(fā)展。這需要全社會加強(qiáng)溝通和合作才能有所成效。

解決大氣污染一般有3個途徑：第一，產(chǎn)生污染后再將其處理。第二，在加工和轉(zhuǎn)換過程中控制有害氣體產(chǎn)生。第三，采取先進(jìn)的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)和節(jié)能。提高森林蓄積量是污染后處理的有效途徑，未來的生物質(zhì)能應(yīng)用必須保證不會對蓄積林造成破壞。此外，是否可以模擬石油和煤炭的生成過程，對自然凋謝的枝葉進(jìn)行封存，以減少大氣中的C含量。總之，在生物質(zhì)能源大規(guī)模運(yùn)用前，必須做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。

3.2鼓勵生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的應(yīng)用

雖然直接燃燒技術(shù)可以發(fā)展得更加完善和可靠，但作為替代能源，生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用將成為未來生物質(zhì)能技術(shù)的核心。目前，中國的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源利用遠(yuǎn)不及歐美、巴西等國，主要受到生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化成本和適用性的制約。隨著石油對外依存度的上升，從能源戰(zhàn)略考慮，政府應(yīng)出臺更多的政策，培育和扶持生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源市場。技術(shù)只有在廣泛應(yīng)用過程中才能發(fā)現(xiàn)問題，從而得到完善和發(fā)展。

3.3發(fā)展生物質(zhì)能專用設(shè)備

當(dāng)前，由于化石能源應(yīng)用設(shè)備體系比較成熟，生物質(zhì)能專用設(shè)備的技術(shù)研究較多的是如何將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源轉(zhuǎn)換到可適用于化石能源應(yīng)用設(shè)備的狀態(tài)，或者對這些設(shè)備稍加改變和部分摻加到化石能源中使用。這種現(xiàn)狀使生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為了達(dá)到現(xiàn)有化石能源應(yīng)用設(shè)備要求而變得復(fù)雜。完整的生物能源應(yīng)用體系必須發(fā)展專用設(shè)備。考慮到生物質(zhì)資源的多樣性，生物質(zhì)能專用設(shè)備應(yīng)該適用于多種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源的物化指標(biāo)，使生物質(zhì)轉(zhuǎn)化能源能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

3.4農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能的發(fā)展

我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要在保障國家糧食安全的前提下，以充分利用農(nóng)業(yè)廢棄物，大力加強(qiáng)沼氣建設(shè)，積極推廣秸稈氣化和固化成型燃料為重點(diǎn)，適度發(fā)展能源作物，走中國特色的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展道路。現(xiàn)階段，應(yīng)結(jié)合我國分散的能源系統(tǒng)，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)大力推廣省柴灶和沼氣系統(tǒng)，開發(fā)改造鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的燃煤設(shè)備為“煤+生物質(zhì)能”設(shè)備，提高秸稈等生物質(zhì)能的綜合利用率；在城市，大力推廣成型燃料及專用取暖爐，取代煤爐取暖的小型鍋爐。將來，可根據(jù)集中居住人口的多少，建立能源工廠，把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，把產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集凈化后，輸送到居民家中作為燃料。為此，需要建設(shè)大量的速生薪炭材基地，為工業(yè)化綜合開發(fā)利用木質(zhì)能源提供豐富的原料。

這種生物質(zhì)能的集約化綜合開發(fā)利用，既能提高生物質(zhì)的熱效率，減少對環(huán)境的污染，又可以解決居民用能問題，也為農(nóng)村剩余勞動力提供就業(yè)機(jī)會，提高居民的生活水平。因此，從生態(tài)環(huán)境和能源利用角度出發(fā)，建立能源材基地，實(shí)施“林能”結(jié)合工程，是切實(shí)可行的發(fā)展方向。

四、結(jié)束語

生物質(zhì)能源是未來最有希望廣泛替代化石能源的能源，其各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和完善是個漫長的過程。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)的發(fā)展和完善，不能僅靠實(shí)驗(yàn)室完成，必須為其提供廣泛的市場；生物質(zhì)能專用設(shè)備的研制和開發(fā)應(yīng)該成為技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)之一。我們現(xiàn)在必須逐步認(rèn)識生物質(zhì)能源技術(shù)發(fā)展的重要性，為其發(fā)展方向作出規(guī)劃，朝著生物質(zhì)能源未來的廣泛應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張旭亮，黃繼昌.節(jié)能減排基礎(chǔ)知識[M].北京：中國電力出版，2017.

[2]袁振宏，吳創(chuàng)之，馬隆龍，等.生物質(zhì)能利用原理與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[3]吳占松，馬潤田，趙滿成，等.煤炭清潔有效利用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015.