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發(fā)展生物質(zhì)能源,緩解全球能源危機(jī),已成為一項(xiàng)世界性的行動(dòng)。地球上每年產(chǎn)生的生物質(zhì),如果作為能源,相當(dāng)于人類目前每年消耗的化石能源的20倍以上。雖然這些生物質(zhì)不可能都作為能源,但起碼說(shuō)明,生物質(zhì)能源至少可以部分替代石油、煤炭等化石能源。
全球化石能源可開(kāi)采年限,石油不到50年,天然氣不到60年,煤不到270年。世界已進(jìn)入能源不安全期。目前我國(guó)的石油年需求量約為4.5億噸,年凈進(jìn)口石油量已達(dá)40%以上。開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能源,替代部分化石能源,同時(shí)也可以有效減緩溫室效應(yīng)引起的氣候變化,增加碳匯,節(jié)能減排,改善城鄉(xiāng)環(huán)境,承擔(dān)起一個(gè)負(fù)責(zé)任的大國(guó)應(yīng)承擔(dān)的緩解全球氣候變化的責(zé)任。下面就生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)利用有關(guān)問(wèn)題,談點(diǎn)看法,供參考。
一、生物質(zhì)和生物質(zhì)能源
1.生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等外界環(huán)境條件,進(jìn)行光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體即有生命的可生長(zhǎng)的有機(jī)物質(zhì)的通稱包括植物、動(dòng)物和微生物。廣義的概念是包括所有植物、微生物及以植物、微生物為食物的動(dòng)物及其生產(chǎn)的廢棄物。如:農(nóng)作物及其廢棄物,木材及廢棄物和動(dòng)物糞便。狹義的概念是包括農(nóng)林生產(chǎn)過(guò)程中除糧食果實(shí)外的桔桿、樹(shù)木等木質(zhì)纖維素(木質(zhì)素)、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料、農(nóng)林廢棄物及畜牧業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中禽畜糞便和廢棄物等。其特點(diǎn)為:可再生性、低污染性、廣泛分布性。
2.生物質(zhì)能:是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式。也就是以生物為載體的能量,它直接來(lái)自綠色植物光合作用,可轉(zhuǎn)化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。生物質(zhì)能是取之不盡,用之不竭的可再生能源,也是可再生碳源。
有機(jī)物中除礦物燃料外,來(lái)源于動(dòng)植物能源物質(zhì)均屬生物質(zhì)能。包括木材、森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物,動(dòng)物糞便等。生物質(zhì)能源豐富,是無(wú)害能源。每年全球光合作用產(chǎn)生生物質(zhì)1730億噸,其含能量為全世界消耗能源量的10-20倍,目前生物質(zhì)能的利用率不到3%。
二、生物質(zhì)能源的分類及特點(diǎn)
依據(jù)來(lái)源不同,可將適合于能源利用的生物質(zhì)分為林業(yè)資源、農(nóng)業(yè)資源、生活污水和工業(yè)有機(jī)廢水、城鄉(xiāng)固體廢物和禽畜糞便等五大類。
1.林業(yè)資源:林業(yè)生物質(zhì)能源是指森林生長(zhǎng)和林業(yè)生產(chǎn)過(guò)提供的生物質(zhì)能源,包括能源林、薪炭林、在森林撫育和間伐作業(yè)中的零散木材、殘留的樹(shù)枝、樹(shù)葉和木屑、梢頭、板皮和截頭等;林業(yè)副產(chǎn)品的廢棄物,如果殼和果核等。
2.農(nóng)業(yè)資源:農(nóng)業(yè)生物質(zhì)能源是指農(nóng)業(yè)作物(包括能源作物);農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物,如農(nóng)作物收獲時(shí)殘留在農(nóng)田內(nèi)的農(nóng)作物秸稈(玉米秸、高梁秸、麥秸、稻草、豆秸和棉桿等);農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物、如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中剩余的稻殼等。能源植物泛指各種用以提供能源的植物,通常包括草本能源作物、油料作物、制取碳?xì)浠衔镏参锖退参锏葞最悺?BR>
3.生活污水和工業(yè)有機(jī)污水:生活污水主要由城鄉(xiāng)居民生活、商業(yè)和服務(wù)業(yè)的各種排水組成,如冷卻水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、糞便污水等、工業(yè)有機(jī)廢水主要是酒精、釀酒、制糖、食品、制藥、造紙及屠宰等行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水等,其中都富有有機(jī)質(zhì)。
4.城鄉(xiāng)固體廢物:主要由居民生活垃圾、商業(yè)和服務(wù)業(yè)垃圾和建筑垃圾等固體廢物構(gòu)成。其組成成分復(fù)雜,受到多方因素包括生活水平、傳統(tǒng)習(xí)慣、自然條件和季節(jié)變化等因素影響。
5.畜禽糞便:它是其他形態(tài)生物質(zhì)(主要是糧食、農(nóng)作物桔桿和牧草等)轉(zhuǎn)化形成,包括畜禽便出糞便、尿及其與墊草混合物。
生物質(zhì)能的特點(diǎn)
1.可再生性:生物質(zhì)能屬可再生資源,它通過(guò)植物光合作用可再生,與太陽(yáng)能、風(fēng)能等同屬可再生能源,資源豐富,可保證能源的永續(xù)利用。
2.低污染性:生物質(zhì)的硫和氮含量低,燃燒過(guò)程中生成Sox、Nox較少;生物質(zhì)作燃料時(shí),由于它生長(zhǎng)時(shí)需要的co2相當(dāng)于它排放的co2的量,因而對(duì)大氣的co2凈排放量近似于零,可有效減輕溫室效應(yīng)。
3.分布的廣泛性:缺乏煤炭的地方,可充分利用生物質(zhì)能源。
4.生物質(zhì)燃料十分豐富:生物質(zhì)能是世界第四大能源,僅次于煤炭,石油和天然氣。據(jù)生物學(xué)家估計(jì),地球陸地每年生產(chǎn)1000-1250億噸生物質(zhì),海洋生產(chǎn)500億噸生物質(zhì)。生物質(zhì)能源的年生產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)全世界能源總需求量,相當(dāng)于目前世界總能耗的10倍。我國(guó)開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源到2010年已達(dá)3億噸。隨著農(nóng)林業(yè)發(fā)展、能源作物、能源林和薪炭林的大量推廣,生物質(zhì)能源還將越來(lái)越多。
三、我國(guó)生物質(zhì)能的資源狀況
我國(guó)擁有豐富的生物質(zhì)能資源,據(jù)測(cè)算,我國(guó)理論生物質(zhì)能資源為50億噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤,是目前中國(guó)總能耗的4倍左右。在可收集的條件下,我國(guó)目前可利用的生物質(zhì)能資源主要是傳統(tǒng)生物質(zhì),包括農(nóng)作物秸稈、薪柴、畜禽糞便、生活垃圾、工業(yè)有機(jī)廢渣廢水等。
農(nóng)業(yè)產(chǎn)出物51%轉(zhuǎn)化為秸稈,年產(chǎn)能6億噸,約3億噸可作燃料使用,折合1.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤;林業(yè)廢棄物年可獲得量約9億噸,約3億噸可能源化利用,折合2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。甜高粱、小桐子、黃連木、油桐等能源植物可種植面積達(dá)2000多萬(wàn)公頃,可滿足年產(chǎn)量約5000萬(wàn)噸生物液體燃料的原料需要。畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)有機(jī)廢水理論上可產(chǎn)沼氣約800億立方米。
生物能源燃料既有助于促進(jìn)能源多樣化,幫助我們擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴,還能減少溫室氣體排放,緩解對(duì)環(huán)境壓力。所以,它被視為替代燃料之一,對(duì)于能源安全有著積極意義,對(duì)緩解能源危機(jī)有重要作用。
據(jù)國(guó)家林業(yè)局資料,林業(yè)生物質(zhì)能源有三類:第一類是木質(zhì)燃料資源,如能源林、薪炭林、灌木林和林業(yè)剩余物等總量約3億噸/每年;第二類是木本油料資源,中國(guó)有種子含油率超過(guò)40%的木本植物154種,油桐、黃連木、文冠果、油茶等現(xiàn)有面積420萬(wàn)公頃,果實(shí)產(chǎn)量約559萬(wàn)噸;第3類是木本淀粉資源,如全國(guó)橡子年產(chǎn)量約為2000萬(wàn)噸,可生產(chǎn)燃料乙醇近500萬(wàn)噸。我國(guó)約有4404萬(wàn)公頃宜林荒山、荒地可供培育能源林,有近1億公頃鹽堿地、沙地以及礦山、油田復(fù)墾地等邊際性土地,可用于發(fā)展能源林;約有600萬(wàn)公頃疏林地及5312萬(wàn)公頃郁閉度小于0.4的低產(chǎn)林地,可較大幅度通過(guò)改造后增加森林資源量。
四、生物質(zhì)能源的利用
1.主要利用形式:
。1)氣體化:主要轉(zhuǎn)化為沼氣,用于家庭及社區(qū)群體用戶。
。2)成型燃料:主要是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)在生產(chǎn),用于農(nóng)村家庭能源,也有中小企業(yè)做固體能源用。
。3)燃燒發(fā)電:利用農(nóng)林剩余物做燃料發(fā)電。這是一項(xiàng)成熟技術(shù),已大規(guī)模發(fā)展。如山東單縣的國(guó)家級(jí)生物質(zhì)發(fā)電示范項(xiàng)目已投產(chǎn),裝機(jī)容量為2.5萬(wàn)kw。
(4)燃料乙醇和甲醇:把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為乙醇與汽油混合使用,已較普遍。也有的用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為甲醇,添加在汽油中使用,但發(fā)現(xiàn)甲醇腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī),有毒性,后被放棄了。不過(guò)甲醇生產(chǎn)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,仍有人在開(kāi)發(fā)。
2.加工技術(shù)
。1)氣化:生物質(zhì)氣化燃料,主要通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣,技術(shù)完善,已大力推廣。
。2)壓縮燃料:把生物質(zhì)壓縮成型、提高密度、便于運(yùn)輸。有的壓縮制為顆粒燃料、用于取暖及生活用。
。3)燃燒發(fā)電:最簡(jiǎn)便可行。河北山東等地建立了我國(guó)第一批農(nóng)林廢棄燃燒發(fā)電廠,廣西和廣東等地也有小型發(fā)電機(jī)組300余臺(tái);云南也有甘蔗渣電廠等。
。4)燃料乙醇:以秸稈及林產(chǎn)剩余物為原料,轉(zhuǎn)化為乙醇,主要問(wèn)題是轉(zhuǎn)化率僅30%,仍在實(shí)驗(yàn)研究之中,一些研究機(jī)構(gòu)還在開(kāi)發(fā)更好發(fā)酵技術(shù)。
。5)生物柴油:主要是把含油生物質(zhì)設(shè)法萃取出來(lái),經(jīng)過(guò)提煉加工,成為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料,替代化石柴油,目前國(guó)內(nèi)外正大力研究,離商業(yè)化還有距離。
五、我國(guó)生物質(zhì)能源發(fā)展情況
我國(guó)生物質(zhì)固體成型燃料技術(shù)和設(shè)備已取得突破,有效解決了功率大、生產(chǎn)效率低、成型部件壽命短等問(wèn)題,并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。到2010年全國(guó)已建成500個(gè)秸稈固化成型燃料應(yīng)用示范點(diǎn),利用量年達(dá)100萬(wàn)噸。吉林省利用林業(yè)剩余物為原料生產(chǎn)高密度顆粒燃料,生產(chǎn)能力為年產(chǎn)量4.5萬(wàn)噸。
毛烏素電廠以廣大沙漠地區(qū)種植的沙柳、檸條、花棒等灌木平茬材料為原料,全年發(fā)電1.3億千瓦時(shí)(度)電,co2減排13萬(wàn)噸,提供就業(yè)崗位7000多個(gè),拉動(dòng)治沙面積2.2萬(wàn)公頃。
2000年我國(guó)開(kāi)始燃料乙醇生產(chǎn),年產(chǎn)100萬(wàn)噸。到2006年9月全國(guó)各地生物質(zhì)燃料項(xiàng)目已有近百個(gè)。
廣東茂名建成國(guó)內(nèi)利用植物油為原料生產(chǎn)生物柴油,已取得技術(shù)突破,使我國(guó)生物柴油合成領(lǐng)域占據(jù)了世界生物柴油技術(shù)的制高點(diǎn)。
國(guó)家發(fā)改委重點(diǎn)扶持部分大型企業(yè)10個(gè),以木薯、甘蔗、纖維素等生產(chǎn)乙醇項(xiàng)目正在建設(shè),四川已建成麻瘋樹(shù)柴油加工廠,年產(chǎn)2萬(wàn)噸。
總之,我國(guó)生物質(zhì)能源正在大力發(fā)展,今后15年,我國(guó)生物質(zhì)能發(fā)展重點(diǎn)是生物質(zhì)發(fā)電、沼氣工程、生物液體燃料和生物固體成型燃料。
(作者系發(fā)展中國(guó)論壇農(nóng)業(yè)專家委員會(huì)委員,北京林業(yè)大學(xué)原校長(zhǎng),林學(xué)博士、教授、博導(dǎo))
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