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生物质能源的应用技术研究

摘要：化石能源的日益紧缺及其衍生的环境污染问题越来越严重。生物质能源的开发和应用，以其可再生性和环保性，越来越受到人们的重视。就目前的应用现状来看，其应用形态，主要分为固态生物质能源、液态生物质能源和气态生物质能源三种。采用物理方法的生物质固态成型技术的优势在于设备简单，生产工艺简便，利用方式简洁，但也同样存在着加工方式粗放，能源转换效率低下等劣势。液态生物质能源能够直接替代现在化石能源的可能性最大，但是它的生产工艺复杂，专业化集成度较高，推广有一定的限制。气态生物质能源利用最广泛，主要有气化发电和农用沼气等方式。存在的主要利用瓶颈就是气态生物质当中含有多种杂质，去除杂质的方法缺乏。经过研究发现，虽然生物质能源的发展受到一些限制，但是随着其利用技术的进步和现代经济社会的发展，生物质能源的开发和利用前景很广阔。

随着经济的迅速发展，人们对能源的依赖程度越来越高。但人们也越来越清醒的认识到，以煤、石油、天然气为主的化石能源储量有限，是不可再生能源。近百年来，全球各国不同程度的对化石能源进行了过渡性开采，化石能源的枯竭已是迟早之事，已不能满足人类飞速发展的需求。而且化石能源的集中大量消耗，对人类居住的环境造成严重的污染，引发全球气温升高，从而影响了生态环境。因此，能源紧缺问题、环境污染问题已成为当今世界必须面对解决的重要问题，开发新的可再生绿色能源，便成为各国面临的重要课题。世界能源发展已进入新一轮战略调整期。_1]生物质能源是目前人类可利用绿色可再生能源之一，世界能源委员会将生物质能源列为可再生能源的首选。生物质能源分布广泛，几乎处处都有，各国对生物质能源的开发与利用早已如火如荼的展开了，有些技术已经产业化。

1生物质能源概述

1.1生物质能源的生成机理.

生物质能源是地球上最普遍的一种可再生能源，它是通过植物光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在生物体内的一种能量形式，被称为绿色能源。狭义的生物质一般是指植物体在生长过程中，将太阳能转化为化学能，并存储在植物体各个器官内的能源物质形式。广义的生物质还包括以植物体或某器官为食物而转化至动物、微生物等生命体获得的能源物质形式，包括利用现代技术加工生物体或器官后剩余的废弃物等。因此，生物质能源从根本上说，来源于太阳能，使所存储的能量转移至生物质依赖于光合作用，作用如下：

因此生物质主要为含碳、氢有机物，具有含硫、氮少，CO2排放几乎为零的优点，另外一般还含有少量的钾、钠等金属元素。

1.2生物质能源开发研究的国内外现状

人类对生物质能源的利用不是刚刚开始，100多年前，人们对化石能源的依赖程度还不高，能源便主要来自于生物质。19世纪末20世纪初，对能源的需求急剧增加，随着煤炭开采业的发展，煤炭迅速替代生物质，成为人类主要能源来源，生物质能源在人类消耗的能源中的比例逐步缩小。

1.2.1国外研究现状

目前，许多国家对生物质能源开发利用已进行了大量研究和实践。生物质固化成型技术在欧美、日韩等国家已比较成熟，生物质固化燃料在日、美等国家已经商品化，工业生产、家庭采暖等均有使用。

日本和欧美等国家的小型生物质燃料设备已经产业化，在供暖、发电领域得到普遍推广。国外已有较先进的流化床反应器、循环流化床反应器、真空热裂解反应器等生物质制备设备。美国在生物质气化发电方面处于世界领先地位，发电量已超过其利用风能、太阳能、地热能发电的总和。1980年，美国提出以生物柴油代替化石柴油战略，2005年成为世界第一燃料乙醇生产大国。巴西长期以来将推广乙醇燃料作为国家重要能源政策之一。美国和巴西是世界上最大的燃料乙醇生产国。

1.2.2国内研究现状

我国生物质直燃发电和气化发电已逐步实现了产业化，燃料乙醇技术正在起步应用，已建成燃料乙醇示范厂；生物柴油技术已进入产业示范阶段；大中型制气工程工艺技术已日趋成熟。生物质的直接、间接液化生产液体燃料技术准备进行工业示范。据估算，地球上每年光合作用产生的生物质能量是世界主要燃料消耗的10倍，而其利用量还不到1％。我国是一个农业大国，具有丰富的农林生物质资源，因此，开发生物质能源具有深远的意义，应用前景广阔。

1.3生物质能源的几个主要来源途径

目前，用于生物质能源开发的主要是非粮生物质，如作物秸秆、林场枝叶废弃物，畜牧粪便、动物产品下脚料，生活垃圾，城市有机废水和污泥等。长期以来，人们对生物质资源中的固体废弃物常用的处理方法为堆肥、填埋、焚烧等。堆肥法和填埋法周期长，且容易对土壤和水资源造成二次污染；焚烧法可以利用其热值，但投资巨大，成本高，容易造成大气污染。因此，这些废弃物的有效利用不仅可以增值形成新能源，还可以解决环境污染问题。

1.3.1作物秸秆

农作物