生物質能源的研究綜述

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(蘭州石化職業技術學院 應用化學工程學院，甘肅 蘭州 730000)

隨著技術革命的不斷進步，人類社會對能源的需求量和消耗量也日益俱增，傳統的化石能源的壓力也愈來愈大，以太陽能、生物質能為代表的新能源這個時候應運而生，受到越來越多國家能源工作者的關注。本文將主要介紹下生物質能的特點以及利用技術的進展。

1 生物質能源的概述

1.1 什么是生物質能源

傳統意義上的生物質能源是指以生物質作為載體的能量，即太陽能以化學能的形式將能量儲存在可以生長的有機生物質中。所以可以說生物質能源也是太陽能的一種表現形式，是直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，然后通過某種技術將其轉化為常規的燃料，可以是氣態、固態以及液態。能源工作者一致認為生物質能源是真正意義上的取之不盡、用之不竭，是一種可再生的能源，甚至可以說生物質能源是能源之源，因為傳統的化石能源(如煤、石油等)的形成離不開生物質[1]。

1.2 生物質能源的特點

生物質能源作為備受關注的新能源之一，具有很多獨特的優勢，比如清潔、可再生等，但是也具有一些不可忽視的缺點，比如分布密集性差、分布不均衡等。

1.2.1 生物質能源的優點

生物質能源最大的優點就是相比較其他新能源來講，利用技術上的難題是最少的，而相比較傳統的化石能源來講，生物質能源的可再生性又是其無法比擬的。總結生物質能源的優點主要就是地球總的蘊藏量較大，屬于清潔可再生資源，同時也屬于廉價易利用的能源，可以加以開發利用的應用范圍也比較廣[2]。

1.2.2 生物質能源的缺點

生物質能源的蘊藏量雖然是地球上最豐富的能源之一，但是分布卻比較分散，所以在利用的過程中，收集、運輸以及前處理的投資成本比較高，同時不同種類的生物質能源分布不均衡，在利用的過程中與傳統的農林業的資源使用不協調。所以直至目前，生物質能源的利用還只是小規模的利用，未能將資源合理的規劃整合利用。一般情況下，生物質中的水分含量比較大，這直接導致了生物質能源在利用的時候其燃燒值和熱裂解特性比較低。

1.3 生物質能的分類

廣義上講有機物質中除了礦物燃料以外的其他所有來源于動植物的能源物質都屬于生物質能源范圍，這類物質就包括植物、木材、林業廢棄物、農業廢棄物、工業有機廢棄物以及動物糞便等。我們根據生物質的來源的不同，把生物質能源先分成5大類：農業資源、林業資源、工業有機廢水、生活污水、城市固體廢棄物以及畜禽糞便。其中，農林業資源是生物質能源的主要來源，也是目前利用量最大、利用技術最成熟的生物質能源[3]。

2 生物質能源的利用

地球上的可以利用的生物質能資源非常豐富。據統計，地球上每年通過光合作用產生的生物有機質約有1730億噸，這些生物質中所蘊含的能量是全球能源消耗總量的10～20倍，數據相當可觀，可是截至目前，全球對生物質能源的利用率甚至沒有達到3%。即使這樣，人類對生物質能源的利用量卻在所有能源利用中排名第四，是僅次于傳統的三大化石能源利用量。生物質能源可以用作沼氣(主要在新農村建設中)，可以壓縮成型固體燃料以增加其利用過程中的能量密度，也可以氣化發電用來代替傳統燃煤，還要熱裂解生產生物柴油等，以及應用在國民經濟的各個領域之中[4]。

目前，人類對生物質能源的利用方式主要有直接燃燒法(比如農作物的秸稈、薪柴等)，或者采用生化轉化、液化技術、氣化技術轉化成氣體或者液體燃燒，還可以制造固體的生物炭。在我國，生物質能源的利用方式最主要的有直接燃燒法、熱化學轉化法和生物轉化法這三種途徑。

2.1 生物質直接燃燒法

在今后相當長的時間內，生物質直接燃燒法由于利用技術難題較少的優勢，將成為我國生物質能源利用的主要方式，包括爐灶燃燒技術、鍋爐燃燒技術、致密成型技術和垃圾焚燒技術等。其中，爐灶燃燒是最傳統的利用生物質能源的方式，在我國部分農村地區至今仍在用燒柴灶，可是這種利用方式效率十分低，故而是逐漸要被淘汰的。目前，較為理想的生物質能源直接燃燒利用方式是聯合燃燒法，這種方式是將生物質能源摻入到傳統的燃煤中一起燃燒發電，這種方法最大的優勢是減少了傳統燃煤燃燒此法可減少SO2、NO2等對環境有污染的氣體的排放量，同時又增加了生物炭的能量密度和燃燒值[5]。

2.2 生物質熱化學轉換法

生物質的熱化學轉換法是指在特定的條件下(比如特定的溫度和壓力)，讓生物質發生汽化、碳化、液化或者熱解，以此方式來生產氣體或液體燃料的轉換利用技術。通過這種利用方法可以獲得高品位的木炭焦油以及可燃氣體，產生的氣體甚至可以直接作為燃料用于發動機和鍋爐燃燒，故而可以說是生物質能源利用技術較理想的方式，再通過熱加工技術的不同，將其分為高溫干餾、熱解、生物質液化等方法。

2.3 生物質生物化學轉換法

生物質的生物化學轉換指的是生物質在微生物的發酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產品，所以包括了生物質-沼氣轉換和生物質-乙醇轉換等。根據其轉化過程中利用的介質不同，又將其分為厭氧消化技術和酶技術。酶技術指的是直接利用微生物體內的酶分解生物質，生成液體燃料(比如燃料乙醇)。厭氧消化技術指的是利用厭氧微生物將生物質轉化為可燃氣體(比如沼氣)，特別強調的是這種轉換技術要在缺氧的環境中完成[6]。

3 開發利用生物質能的意義

目前由于傳統能源的大量消耗，以及傳統能源帶來的環境問題日益嚴重，所以合理的開發利用生物質能源將會是人類發展史上具有歷史性的革命舉措，可以說，未來的能源結構將是以生物質能源為典型代表的多種可再生能源開發利用能源體系。

4 生物質能開發利用中存在的問題

雖然生物質能源是全球被認為應用范圍最廣泛的能源之一，但是至今卻因為利用技術問題尚未被人們合理利用，故而在未來相當長的時間里，生物質能源技術的開發與研究將仍是全球范圍內重大的熱門課題之一。我國的生物質能源利用技術產業雖然是從引進國外的技術開始，但是截至目前，我國大部分生物質能源利用技術已經實現了自主化，商業化，但是與國際先進水平相比，利用技術以及應用范圍仍然存在較大差距，同時在開發研究過程中還存在一些其他問題，比如：生物質能源技術的研究開發利用缺乏長期系統的整體規劃以及穩定持續的政策支持[7]。

5 生物質能源開發利用的前景

發展生物質能源不僅可以緩解全球能源危機，滿足人類社會對能源的需求量，保護全球的能源安全，還對全球的環境保護有著舉足輕重的意義。尤其是我國的傳統化石能源資源有限，消耗量日益劇增，但是我國生物質資源種類豐富，分布的區域較廣，故而在我國，生物質能源的開發利用潛力巨大，市場的需求量也較大。故而我們應當以可持續發展的理論作為指導，科學、合理、高效地進行生物質能源利用技術產業系統地、持續地、合理地進行發展。