生物質(zhì)能源與生物炭在能源領(lǐng)域的重要作用
- 教育綜合
- 2022-07-15 17:43:11
生物質(zhì)能的利用
生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，它是僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費總量第四位的能源，在整個能源系統(tǒng)中占有重要地位。有關(guān)專家估計，生物質(zhì)能極有可能成為未來可持續(xù)能源系統(tǒng)的組成部分，到下世紀中葉，采用新技術(shù)生產(chǎn)的各種生物質(zhì)替代燃料將占全球總能耗的40%以上。
人類對生物質(zhì)能的利用，包括直接用作燃料的有農(nóng)作物的秸稈、薪柴等；間接作為燃料的有農(nóng)林廢棄物、動物糞便、垃圾及藻類等，它們通過微生物作用生成沼氣，或采用熱解法制造液體和氣體燃料，也可制造生物炭。生物質(zhì)能是世界上最為廣泛的可再生能源。據(jù)估計，每年地球上僅通過光合作用生成的生物質(zhì)總量就達1440～1800億噸( 干重 )，其能量約相當(dāng)于20世紀90年代初全世界總能耗的3～8倍。但是尚未被人們合理利用，多半直接當(dāng)薪柴使用，效率低，影響生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)代生物質(zhì)能的利用是通過生物質(zhì)的厭氧發(fā)酵制取甲烷，用熱解法生成燃料氣、生物油和生物炭，用生物質(zhì)制造乙醇和甲醇燃料，以及利用生物工程技術(shù)培育能源植物，發(fā)展能源農(nóng)場。 2006年(丙戌年)底全國已經(jīng)建設(shè)農(nóng)村戶用沼氣池1870萬口，生活污水凈化沼氣池14萬處，畜禽養(yǎng)殖場和工業(yè)廢水沼氣工程2,000多處，年產(chǎn)沼氣約90億立方米，為近8000萬農(nóng)村人口提供了優(yōu)質(zhì)生活燃料。
中國已經(jīng)開發(fā)出多種固定床和流化床氣化爐，以秸稈、木屑、稻殼、樹枝為原料生產(chǎn)燃氣。2006年用于木材和農(nóng)副產(chǎn)品烘干的有800多臺，村鎮(zhèn)級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)近600處，年生產(chǎn)生物質(zhì)燃氣2,000萬立方米。
發(fā)展生物質(zhì)能源重在解決“五難”
面對全球性的減少化石能源消耗，控制溫室氣體排放的形勢，利用生物質(zhì)能資源生產(chǎn)可替代化石能源的可再生能源產(chǎn)品，已成為我國應(yīng)對全球氣候變暖和控制溫室氣體排放問題的重要途徑之一，國家出臺了具體的補貼措施，并且規(guī)劃到2015年，生物質(zhì)能發(fā)電將達1300萬千瓦的目標。然而受原料收集難、政策補貼不到位等難題，生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平遠遠低于風(fēng)能、太陽能的利用。如何發(fā)揮生物質(zhì)能企業(yè)的生產(chǎn)積極性，盡快解決這些難題，為此，記者采訪了中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會生物質(zhì)專委會秘書長肖明松，國家發(fā)展和改革委員會能源研究所研究員秦世平教授，以及可再生能源學(xué)會生物質(zhì)能專業(yè)委員會秘書長袁振宏。
一難：認識不夠
生物質(zhì)能源正處在一個很尷尬的境地。國家發(fā)展和改革委員會能源研究所秦世平研究員開門見山地告訴本刊記者：“要說重要，在可再生能源中生物質(zhì)能源是最重要的，但相比而言，它的產(chǎn)業(yè)化程度，發(fā)展規(guī)模都是最差的。這其中有一些客觀原因，也有一些屬于認識問題。”
生物質(zhì)能源的重要性體現(xiàn)在以下四點，秦世平介紹：第一，我國是地少人多的國家，農(nóng)林剩余物、城市垃圾等廢棄物是生物質(zhì)資源的主要來源，以往農(nóng)民處理秸稈大多是一把火點著，城市垃圾多是填埋，但廢棄物的處理是個剛性需求，隨著國家對CO2的排放限制的提高，生物質(zhì)的能源化利用成為更為先進和有效的方法；第二，我國化石能源短缺，其中液體燃料是最缺少的，而液體燃料只有利用生物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化；第三，生物質(zhì)能的各個生產(chǎn)階段都是可以人為干預(yù)的，而風(fēng)能、太陽能只能靠天吃飯，發(fā)電必須配合調(diào)峰，而生物質(zhì)能源則不需要，甚至可以為其他能源提供調(diào)峰；第四，生物質(zhì)原料需要收集，這樣能夠增加農(nóng)民收入，刺激當(dāng)?shù)叵M，可以有效促進農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展。一個2500萬～3000萬千瓦的電廠，在原料收集階段農(nóng)民獲得的實惠約有五六千萬元?！叭r(nóng)”問題解決好了，對于整個社會發(fā)展將起到非常重要的作用。
除了客觀上發(fā)展規(guī)模受限以外，秦世平認為：對生物質(zhì)能的認識各不相同，對其投資的額度，與地方的GDP增長是不相符的，資源的分散性導(dǎo)致生物質(zhì)能源在一地的投資，最多也就2億多；這在某些政府官員那來看，生物質(zhì)能源有點像“雞肋”，有呢吃不飽，丟了又有點可惜，并且地方政府還要幫助協(xié)調(diào)農(nóng)民利益、禁燒等“麻煩事”。由此導(dǎo)致生物質(zhì)能源整體項目規(guī)模較小，技術(shù)投入不足，盡管它是利國利農(nóng)的好事，卻處于發(fā)展欠佳的尷尬地位。
可再生能源學(xué)會生物質(zhì)能專業(yè)委員會秘書長袁振宏也在電話里向記者表示，相比于煤炭、石油、天然氣這些傳統(tǒng)能源，生物質(zhì)能源在技術(shù)上的投入顯然要低得多。對于生物質(zhì)能源發(fā)展，首先要從上層統(tǒng)一思想，提高對生物質(zhì)能源重要性的認識，并要在技術(shù)上加大投入。
二難：補貼門檻過高
對生物質(zhì)能源的支持，國家采取了多種補貼手段。但補貼門檻過高，手續(xù)繁瑣、先墊付后補貼也困擾著不少企業(yè)。財政部財建[2008]735號文件規(guī)定，企業(yè)注冊資本金要在1000萬元以上，年消耗秸稈量要在1萬噸以上，才有條件獲得140元/噸的補助。對此，中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會生物質(zhì)專委會秘書長肖明松認為：1000萬元的注冊資金，是國家考慮防范企業(yè)經(jīng)營風(fēng)險時的必要手段，這對大企業(yè)無所謂，但對一些中小公司則很難達到。而1萬噸秸稈的年消耗量，需要相當(dāng)規(guī)模的貯存場地，由此帶來的火災(zāi)隱患，成本增加問題也是企業(yè)不得不考慮的事情。事實上，如果擴大鼓勵面的話，三五千噸也是適用的。受制于這些現(xiàn)實難題，財政部的萬噸補貼政策遭遇落地難。
而參與國家補貼政策制定的秦世平對此解釋說，國家制訂政策的初衷并不鼓勵生物質(zhì)能源企業(yè)因陋就簡，遍地開花，而是鼓勵企業(yè)專門從事生物質(zhì)能源，培養(yǎng)骨干型企業(yè)，這就需要一定的物質(zhì)基礎(chǔ)。一萬噸的廠子，固定資產(chǎn)就大概需要400萬元，加上流動資金，1000萬元并不算多。而萬噸規(guī)模在能源化利用上，剛稱得上有點規(guī)模，只要是同一個業(yè)主，生產(chǎn)點可以分散，如果規(guī)模太小，補貼監(jiān)管成本也太高。對于補貼方式上，秦世平承認存在一定缺陷，整個機制缺乏能源主管部門、技術(shù)部門的參與。制度怎樣更有利于監(jiān)管，公平公開還有待于進一步完善。而該行業(yè)的快速發(fā)展，補貼政策功不可沒，但不能因為出現(xiàn)一些問題，因噎廢食，取消這個補貼政策，那將會對剛剛起步的生物質(zhì)能源化利用產(chǎn)業(yè)造成重大的打擊。因為國家補貼不僅僅是提供資金，還表明國家對該行業(yè)的支持態(tài)度，對企業(yè)和投資具有強力的引導(dǎo)作用。
除此之外，固定電價也是補貼的重要一塊。生物質(zhì)發(fā)電是0.75元/度，垃圾和沼氣發(fā)電是0.65元/度。增值稅實行即征即退，所得稅按銷售收入的90%來計算。袁振宏則指出政府鼓勵生產(chǎn)，生產(chǎn)完了沒有銷路，這個產(chǎn)業(yè)還是發(fā)展不起來。所以生產(chǎn)者和用戶兩頭都要鼓勵，為企業(yè)開拓市場。產(chǎn)業(yè)發(fā)展了國家才有政策，反過來不給政策，企業(yè)也難有市場。
三難：布局不好要吃虧
到底企業(yè)要建多大產(chǎn)能的好？秦世平經(jīng)常碰到有企業(yè)負責(zé)人向他請教。
“沒有最好，只有最適合的，適合的就是最好的。比如蘇南地區(qū)每人只有幾分地，那就沒法收，這些地方就沒法建大廠，但東北墾區(qū)就比較適合建大型電廠，有條件上規(guī)模，成本才越低，效益才越高。一定要因地制宜。密集地區(qū)可以建氣化發(fā)電，做成型燃料，不一定去建發(fā)電廠?！?br />肖明松也建議企業(yè)要多方考慮，合理布局，否則很容易陷入發(fā)展困局。建生物質(zhì)能電廠首先要考慮可持續(xù)發(fā)展，原料分散，就需要分散性利用，要考慮水資源、電力、人文環(huán)境是不是可以支撐這個項目。
四難：成本價格難控
受耕作制度的限制，我國農(nóng)村土地高度分散，從資源的收集儲存運輸帶來很大不利因素，在后續(xù)的環(huán)節(jié)上會放大很多倍?！坝行┤苏J為收集半徑的擴大就是多一個油錢，實際上運輸工具、人力成本都不一樣?！鼻厥榔浇忉屨f，“裝機容量3萬千瓦的生物質(zhì)電廠，一年大概需要25萬-30萬噸秸稈，按我國戶均10畝耕地計算，需要大約20萬農(nóng)戶來完成，那么收購時你要帶秤，光開票都需要20萬張。還要一個個裝車，不能實現(xiàn)高效的機械化?！?br />肖明松也非常理解企業(yè)的苦楚?！吧镔|(zhì)能源要依賴農(nóng)業(yè)，資源掌握在老百姓手里，農(nóng)民的市場意識很好，完全隨行就市。如果收集半徑過大，需要農(nóng)民花費大量時間收集、運輸，那農(nóng)民就會要求按外出打工時計算人力成本，如此一來，企業(yè)為原料支出的成本就會大大提高。如果企業(yè)堅持不抬價，就可能造成企業(yè)吃不飽，縮量生產(chǎn)，影響經(jīng)濟效益。每度電原料成本如果超出一定范圍，無論怎么發(fā)電都是賠錢。加上人工費用近年來的快速增加，成本成了扼住企業(yè)脖子的一道枷鎖?！?
“所以準備入行的企業(yè)首先要考慮的是原料資源的可獲得性，如果不成熟千萬不要貿(mào)然進入。”肖明松認為地方政府可以進行協(xié)調(diào)，比如利用示范效應(yīng)，鼓勵農(nóng)民種植秸稈作物，做好企業(yè)加農(nóng)戶的結(jié)合，平衡好企業(yè)和農(nóng)戶之間的利益。
五難：技術(shù)投入小
“我國的生物質(zhì)能源技術(shù)與國外有一定的差距，但目前的技術(shù)加上國家的補貼可以維持產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營。技術(shù)進步永無止境，國外的技術(shù)、設(shè)備成本太高并不一定適合我們，轎車科技水平高，但要是去農(nóng)田就不如拖拉機?！鼻厥榔叫χ蛴浾叽蛄藗€比方?？蒲胁块T每年都在做前端的研究，力度并不大。從實驗室到田間再到工業(yè)企業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)，技術(shù)的創(chuàng)新需要一個較長的時間。企業(yè)可以一邊生產(chǎn)一邊進行探索。
“目前存在的問題是，有些研究成果與生產(chǎn)有些脫節(jié)，并沒有轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，推向社會?！毙っ魉烧f，一方面技術(shù)部門因缺少資金，無法進行規(guī)?；a(chǎn)，另一方面為了盡可能多地收回技術(shù)成本，企業(yè)有意拉長新技術(shù)向市場投放的周期。“但是，我們現(xiàn)在面臨的是國際化的市場，如果抱著老的技術(shù)不放，一旦有新技術(shù)投放市場，企業(yè)始終面臨著效率低下，最終難以維持。”
“生物質(zhì)能源的技術(shù)投入還很小，從宏觀方面來說，現(xiàn)有能源還沒有用盡。壟斷企業(yè)控制著部分能源的終端，也限制了中小企業(yè)的技術(shù)投入。中石油若投入生物質(zhì)能源，生產(chǎn)乙醇汽油很容易，因為燃料乙醇按標準要求添加到汽油里形成乙醇汽油，整個產(chǎn)業(yè)鏈他們可以控制，別人加不進去。當(dāng)大能源還能夠持續(xù)的時候，就不會在生物質(zhì)能源上下太大的力氣?！贝送?，國際石油、煤炭，天然氣價格有一個聯(lián)動關(guān)系，當(dāng)他們的價格逼近生物質(zhì)能源的產(chǎn)品價格時，企業(yè)就會有更多的利潤，當(dāng)化石能源資源枯竭到一定程度的時候，生物質(zhì)能源的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。 1. 直接燃燒
生物質(zhì)的直接燃燒和固化成型技術(shù)的研究開發(fā)主要著重于專用燃燒設(shè)備的設(shè)計和生物質(zhì)成型物的應(yīng)用?，F(xiàn)已成功開發(fā)的成型技術(shù)按成型物形狀主要分為大三類：以日本為代表開發(fā)的螺旋擠壓生產(chǎn)棒狀成型物技術(shù)，歐洲各國開發(fā)的活塞式擠壓制的圓柱塊狀成型技術(shù)，以及美國開發(fā)研究的內(nèi)壓滾筒顆粒狀成型技術(shù)和設(shè)備。
2. 生物質(zhì)氣化
生物質(zhì)氣化技術(shù)是將固體生物質(zhì)置于氣化爐內(nèi)加熱，同時通入空氣、氧氣或水蒸氣，來產(chǎn)生品位較高的可燃氣體。它的特點是氣化率可達70%以上，熱效率也可達85%。生物質(zhì)氣化生成的可燃氣經(jīng)過處理可用于合成、取暖、發(fā)電等不同用途，這對于生物質(zhì)原料豐富的偏遠山區(qū)意義十分重大，不僅能改變他們的生活質(zhì)量，而且也能夠提高用能效率，節(jié)約能源。
3. 液體生物燃料
由生物質(zhì)制成的液體燃料叫做生物燃料。生物燃料主要包括生物乙醇、生物丁醇、生物柴油、生物甲醇等。雖然利用生物質(zhì)制成液體燃料起步較早，但發(fā)展比較緩慢，由于受世界石油資源、價格、環(huán)保和全球氣候變化的影響，20世紀70年代以來，許多國家日益重視生物燃料的發(fā)展，并取得了顯著的成效。
4.沼氣
沼氣是各種有機物質(zhì)在隔絕空氣（還原）并且在適宜的溫度、濕度條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用產(chǎn)生的一種可燃燒氣體。沼氣的主要成分甲烷類似于天然氣，是一種理想的氣體燃料，它無色無味，與適量空氣混合后即可燃燒。
1） 沼氣的傳統(tǒng)利用和綜合利用技術(shù)
我國是世界上開發(fā)沼氣較多的國家，最初主要是農(nóng)村的戶用沼氣池，以解決秸稈焚燒和燃料供應(yīng)不足的問題，后來的大中型沼氣工程始于1936年，此后，大中型廢水、養(yǎng)殖業(yè)污水、村鎮(zhèn)生物質(zhì)廢棄物、城市垃圾沼氣的建立擴寬了沼氣的生產(chǎn)和使用范圍。
自20世紀80年代以來，建立起的沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)，以沼氣為紐帶，將物質(zhì)多層次利用、能量合理流動的高效農(nóng)業(yè)模式，已逐漸成為我國農(nóng)村地區(qū)利用沼氣技術(shù)促進可持續(xù)發(fā)展的有效方法。通過沼氣發(fā)酵綜合利用技術(shù)，沼氣用于農(nóng)戶生活用能和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)加工，沼液用于飼料、生物農(nóng)藥、培養(yǎng)料液的生產(chǎn)，沼渣用于肥料的生產(chǎn)，我國北方推廣的塑料大棚、沼氣池、氣禽畜舍和廁所相結(jié)合的“四位一體”沼氣生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，中部地區(qū)以沼氣為紐帶的生態(tài)果園模式，南方建立的“豬-果”模式，以及其他地區(qū)因地制宜建立的“養(yǎng)殖-沼氣”、“豬-沼-魚”和“草-牛-沼”等模式，都是以農(nóng)業(yè)為龍頭，以沼氣為紐帶，對沼氣、沼液、沼渣的多層次利用的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式。沼氣發(fā)酵綜合利用生態(tài)農(nóng)業(yè)模式的建立使農(nóng)村沼氣和農(nóng)業(yè)生態(tài)緊密結(jié)合，是改善農(nóng)村環(huán)境衛(wèi)生的有效措施，也是發(fā)展綠色種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的有效途徑，已成為農(nóng)村經(jīng)濟新的增長點。
2）沼氣發(fā)電技術(shù)
沼氣燃燒發(fā)電時隨著大型沼氣池建設(shè)和沼氣綜合利用的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項沼氣利用技術(shù)，它將厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)動機上，并裝有綜合發(fā)電裝置，以產(chǎn)生電能和熱能。沼氣發(fā)電具有高效、節(jié)能、安全和環(huán)保等特點，是一種分布廣泛且價廉的分布式能源。沼氣發(fā)電在發(fā)達國家已收到廣泛重視和積極推廣。生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)電量在西歐一些國家占能源總量的10%左右。
3） 沼氣燃料電池技術(shù)
燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。當(dāng)源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時，它可以連續(xù)發(fā)電。依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜（PEMFC）、磷酸（PAFC）、溶融碳酸鹽（MCFC）及固態(tài)氧化物（SOFC）等。
燃料電池能量轉(zhuǎn)換效率高、潔凈、無污染、噪聲低，既可以集中供電，也適合分散供電，是21世紀最有競爭力的高效、清潔的發(fā)電方式之一，它在潔凈煤炭燃料電站、電動汽車、移動電源、不間斷電源、潛艇及空間電源等方面，有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的潛在市場。
5.生物制氫
氫氣是一種清潔、高效的能源，有著廣泛的工業(yè)用途，潛力巨大，來生物制氫究逐漸成為人們關(guān)注的熱點，但將其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫并不容易。生物制氫過程可分為厭氧光合制氫和厭氧發(fā)酵制氫兩大類。
6. 生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)
生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是將生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)，主要包括農(nóng)林廢物發(fā)電、垃圾發(fā)電和沼氣發(fā)電等。作為一種可再生能源，生物質(zhì)能發(fā)電在國際上越來越受到重視，在我國也越來越受到政府的關(guān)注和民間的擁護。
生物質(zhì)發(fā)電將廢棄的農(nóng)林剩余物收集、加工整理，形成商品，及防止秸稈在田間焚燒造成的環(huán)境污染，又改變了農(nóng)村的村容村貌，是我國建設(shè)生態(tài)文明、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略選擇之一。如果我國生物質(zhì)能利用量達到5億噸標準煤，就可解決目前我國能源消費量的20%以上，每年可減少排放二氧化碳中的碳量近3.5億噸，二氧化硫、氮氧化物、煙塵減排量近2500萬噸，將產(chǎn)生巨大的環(huán)境效益。尤為重要的是，我國的生物質(zhì)能資源主要集中在農(nóng)村，大力開發(fā)并利用農(nóng)村豐富的生物質(zhì)能資源，可促進農(nóng)村生產(chǎn)發(fā)展，顯著改善農(nóng)村的村貌和居民生活條件，將對建設(shè)社會主義新農(nóng)村產(chǎn)生積極而深遠的影響。
7.原電池
通過化學(xué)反應(yīng)時電子的轉(zhuǎn)移制成原電池，產(chǎn)物和直接燃燒相同但是能量能充分利用。 脂肪燃料快艇（說明：本詞條頂部圖片即為脂肪燃料快艇）
新西蘭業(yè)余航海家和環(huán)境保護家皮特·貝修恩宣布，他將駕駛以脂肪為動力的快艇“地球競賽”號，進行一次環(huán)球航行。據(jù)悉，貝休恩將于2008年3月1日從西班牙的瓦倫西亞出發(fā)，開始全長約4.5萬公里的環(huán)球航行。貝休恩表示，他打算挑戰(zhàn)英國船只“有線和無線冒險”號于1998年創(chuàng)造的75天環(huán)球航行的世界紀錄。
脂肪當(dāng)燃料“地球競賽”號被稱為世界上最快的生態(tài)船，造價240萬美元，融合多項高科技?！暗厍蚋傎悺碧栭L約23.8米，形似一只展翅欲飛的天鵝。船身有三層外殼保護，內(nèi)有兩個功能先進的發(fā)動機，最高時速可達每小時40節(jié)（約74公里），即使航行在巨浪中，速度也不會減慢。
雖然動物脂肪種類豐富，但貝修恩計劃只利用人類脂肪轉(zhuǎn)化成的生物燃料作為“地球競賽號”的動力來源，百分之百采用生物燃料完成一次環(huán)游世界的環(huán)保之旅。
為了能募集到足夠的脂肪生物燃料，貝修恩身先士卒，主動躺到了手術(shù)臺上。然而整形醫(yī)生盡管做了很大努力，從他體內(nèi)抽出的脂肪也只夠制造100毫升的生物燃料。他的兩名助手抽出的10升脂肪能夠制成7升生物燃料，可供“地球競賽”號航行15公里。
而皮特進行“綠色”環(huán)游世界之旅，以打破英國“有線和無線冒險者”號于1998年創(chuàng)造的75天環(huán)游世界的紀錄，總共需要7萬升的生物燃料，也就是說，皮特需要胖子志愿者們捐贈出大約7萬公斤的脂肪。
