28
2005年生物柴油生产前五强
国家 德国 法国 美国 意大利 澳大利亚
产量（亿升） 19.2 5.11 2.9 2.27 0.83
29
美国生物柴油加工厂的分布
30
生物柴油发展的瓶颈是原料成本
2006年生物柴油与石化柴油的价格对比
31
选择合适的原料是关键
不同原料的生物燃料产量
32
第三节 燃料乙醇
依赖自然 条件
可再生、环 保、地域限
制小
高技术、危 险系数高
8
1.2 生物质和生物能
• 生物质是指由光合作用而产生的各种有机体，人们常将生物质 所含有的能量简称为生物能。
• 生物质是以C、H为基本组成的有机化合物，生物能属于化学能。 • 能源特征：洁净性、低能源品位、分散性
9
生物能源的主要形式
• 薪柴：直接燃烧，热效率低 • 生物质发电 • 燃料乙醇：粮食或纤维素发酵 • 生物柴油：生物油脂进行酯交换反应 • 生物油和合成气：生物质热化学转化 • 生物制氢：微生物发酵生物质制氢气 • 沼气：微生物发酵农作物秸秆、禽畜粪便
能源安全成为各国关注的问题
伊拉克战火炸 毁了输油管
5
使用化石能源导致全球气候变化
2005年有8个台风登陆 我国，海棠、麦莎、 泰利、卡努、达维和 龙王均在12级以上
Hurricane Katrina, late August 2005
6
世界各国二氧化碳排放量：1950 年 至今的总排放量
7
可再生能源是未来发展的重点
34
湿 磨 增 效 路 径 图
35
干 磨 增 效 路 径 图
36
3.2 纤维素法是未来的趋势
37
纤维 素法 制乙 醇的 主要 过程
38
木质纤维素原料来源丰富价格低廉
速生草
秸秆
木屑
废纸
甘蔗
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木质纤维素的组成和结构
酚类 15-25%
6C糖均聚物 38-50%
5C、6C糖聚合物 23-32%
生物柴油与NO.2柴油性质的比较 24
生物柴油的优点
• 原料来源广泛 • 可再生性 • 可作为柴油代用品 • 可用于现有石化柴油设备（或仅做微调） • 可减少温室气体的释放 • 可减少车辆尾气释放，减小环境污染 • 可得到经济价值较高的副产品甘油 • 贮存、运输和使用都很安全
25
使用生物柴油可显著降低尾气排放
48
2005年燃料乙醇生产前五强
国家 巴西 美国 中国 欧盟 印度
产量（亿升） 165 162 20 9.5 3.0
49
2006年美国乙醇工厂分布
50
2006年燃料乙醇与汽油的价格比
51
不同原料的乙醇产量
52
第四节 其它生物能源
• 4.1 氢能源 • 氢是一种理想的清洁能源， “零排放” • 以水的形式存在，储量十分丰富 • 氢气的热值高，约是汽油的2.68 倍 • 氢能制备工艺：矿石燃料制氢（96%）、电解制
生物能源
曹毅 四川大学
1
主要内容
• 第一节 生物质和生物能源 • 第二节 生物柴油 • 第三节 燃料乙醇 • 第四节 其它生物能源 • 第五节 我国生物能源的现状和未来发展
2
第一节 生物质和生物能源
3
1.1 世界能源概况
化石能源是主流， 但仅能支撑300年
的大规模开采
世界能源消耗趋势1970-2025 4
11
美国当前的能源结构
12
美国把生物能源摆在重要位置
美国能源部和农业 部联合提出《生物
质技术路线图》
13
美国生物质计划的任务
14
美 国 生 物 质 计 划 体 系
15
美国生物能源的发展目标
• Biopower：到2030年之间每年增加2%。2010年达 到总能源的4%，2020年达到5%。
等有机物，主产物是甲烷
10
世界生物能源现状
• 巴西和美国在燃料乙醇上处于领先：巴西 （甘蔗）和美国（谷物）2005年的燃料乙醇 产量分别为165和162亿升。
• 欧盟在生物柴油上处于领先：德国、法国、 意大利等国已经在公交车领域使用生物柴油。 欧盟以油菜为原料，2001年生物柴油的产量 超过100万吨，计划到2010年至少生产600万 吨，占欧盟全部燃料的2％。
40间到生物炼制厂
42
纤维素法制乙醇的关键问题
• 原料的来源和价格
• 木质纤维素的水解
– 纤维素酶水解效率低、价格高 – 半纤维素酶制剂的开发落后
• 5C糖的发酵
43
44
45
46
47
3.3 世界燃料乙醇的发展
1975-2005年世界燃料乙醇的产量变化
particulate matter hydrocarbon
26
生物柴油的缺点
• 热值比石化柴油低 • 低温流动性差 • 增加了NOx的释放 • 可降解或软化某些橡胶化合物 • 与某些金属（铜、铅、锡、锌）和塑料（聚
乙烯、聚丙烯）不兼容
27
2.3 世界生物柴油的发展
1991-2005年世界生物柴油的产量变化
• 乙醇是一种重要的工业原料 • 能源特点：燃烧值较高，清
洁，环保，安全，可再生， 适用于汽油发动机等 • 1907年，福特制造出世界上 第一台燃烧纯乙醇的发动机
33
3.1 谷物发酵法生产燃料乙醇
• 技术工艺已经成熟：原 料的前处理，菌种培育， 发酵，乙醇的浓缩。
• 粮食供应和降低原料成 本是关键
• Biobased Transportation Fuels：从2001年占总消耗能 源的0.5%，到2010年增加到4%，2020年的10%， 2030年的20%。
• Biobased Products：从2001年的12.5 billion pounds， 总量的5%，到2010年增加到12%，2020年的18%， 2030年的25%。
16
1.3 生物炼制——biorefinery
• 生物炼制是指将生物质 转化为具有附加值产品 的过程。这些产品主要 包括生物材料、乙醇、 燃气、化工和其它材料 生产的关键中间体等。
• 生物炼制基于机械、化 学和生物化学过程的技 术平台。
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生物炼制——生物质的转化
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第二节 生物柴油
• 生物柴油（Biodiesel）， 又称脂肪酸甲酯，是以 植物油、动物脂肪、或 废弃的食用油等作原料， 与低碳醇类（甲醇、乙 醇）经酯交换反应获得。
19
2.1 生物柴油的生产路线
20
脂交换法
价格低 产率高 可循环利用
菜籽油 麻风树油
豆油 棕榈油
废油 微藻，微
生物
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各种生物柴油原料的组成
Perfect
22
生物柴油产业链
脂肪酸甲酯 甘油
生物柴油（20%）
表面活性剂 增塑剂 润滑剂 等
1，2－丙二醇 聚酯
丁二酸 等
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2.2 生物柴油的性质