第24卷第2期 唐山师范学院学报 2002年3月 Vol. 24 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2002────────── 收稿日期：2001-12-01作者简介：李炳焕（1958-），男，河北遵化人，唐山师范学院化学系副教授。

- 36 -生物质能源的开发利用与前景李炳焕（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）摘 要：运用绿色化学原理，论述了化石能源的环境影响和开发利用可再生能源的重要性。

生物质能是最有潜力的可再生能源。

着重论述了生物质能源转换技术及其应用的广阔前景。

关键词：可再生能源；化石能源；环境影响；生物质能中图分类号：O642.3 文献标识码：A 文章编号：1009-9115（2002）02-0036-03能源是人类社会进步最为重要的基础，能源结构的重大变革导致了人类社会的巨大进步，从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来看，发展可再生资源具有重大战略意义。

1 化石能源将失去世界能源主体地位化石能源一直是人类社会发展的主要动力，人类所需初级能量的80%以上来自化石能源。

随着工业化发展和人口的增长，人类对能源的巨大需求和对化石能源的大规模的开采、消耗已导致资源基础在逐渐削弱、退化，并在化石能源开采利用过程中造成了严重的环境污染与不可逆的环境破坏。

这样，不可再生的化石能源的开发利用所包含的耗竭性和不可逆性，便形成一种内在的危险性机理，威胁着经济社会发展的可持续性。

开发替代的可再生能源是非常必要和迫切的。

2 生物质能源将获得快速发展基于上述原因，迫使人们寻找一种有效途径，使化石能源的发展对环境的不良影响降到最低限度并开发利用可再生能源。

这种途径来自两个方面，一是设计合理、科学的环境政策，进行环境防治和环境重建，二是使社会经济转向可再生能源体系。

提高能源利用效率和开发利用可再生能源，已成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分。

可再生能源主要是指生物质能、风能、地热能、太阳能和水能等能源。

它们具有资源丰富、无环境污染、清洁安全、资源不枯竭等优点，是实施可持续发展战略的重要组成部分。

3 生物质能的开发利用生物质资源主要包括农作物、林业作物、水生植物及城市垃圾等。

生物质作为能源资源，具有古老、悠久的历史，也是最有发展潜力的能源品种之一。

即使在当今的现代社会中，世界上将生物质作为能源使用的数量也很大。

目前，全球生物质能源的消费量，仅排在煤、油、气之后，居第四位。

生物质能转化技术途径如图1所示。

各种生物质能在利用时均需转化，由于不同生物质资源在物理化学方面的差异，转化途径各不相同，除人畜粪便的厌氧处理以及油料与含糖作物的直接提取外，多数生物质能要经过热化学转化。

其中生物质气化是热化学转化中最主要的一种方式。

生物质能技术的发展有两个明显的特点：一是发展生物质能资源进行深层转化技术，二是其它先进技术向生物质能技术融合。

3.1 生物质液化将能量密度较低的生物质转化成密度高、品位高的液体燃料是合理利用生物质能的有效途径，也是本世纪最有发展潜力的技术之一。

由生物质制成的液体燃料叫生物燃料。

生物燃料主要包括：生物酒精、生物甲醇、生物柴油和生物油。

应用生物燃料的优点主要包括：首先，它是清洁能源，具有温室气体的零排放，以及较低的NOx 和SOx 等优点，随着人类对环境问题的日益关注，这一优点就越发显得重要；其次，它是可再生能源，可减少人类对储量有限的化石燃料的依赖；第三，可应用废弃物生产燃料油，变废为宝；第四，生物李炳焕：生物质能源的开发利用与前景- 37 -质是本土资源，可减少对外进口化石燃料的依赖，同时促进乡村经济的发展。

图1 生物质能转化技术途径3.1.1 生物酒精目前，生物酒精是应用最广泛的生物燃料，也是较为理想的汽油替代品，具有辛烷值高、抗暴性好等优点。

生物酒精的传统制作过程是水解发酵法。

首先是生物质在催化剂的存在下发生水解反应，转化成五碳糖或六碳糖，然后糖类经过发酵转化成酒精，最后通过蒸馏形成最终的酒精。

生物酒精原料可以是纤维类原料，几乎包括所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物等，原料更广泛，成本更低廉。

3.1.2 生物柴油生物柴油是一种酯，它是由大豆或其它油类植物、动物油脂等通过酯化过程合成的。

有机油类植物与醇在催化剂的存在下，发生酯化反应，形成硬脂（甲酯或乙酯），即生物柴油。

目前美国、法国等发达国家生产生物柴油的原料主要是大豆油或菜籽油，但以食用油为原料制取生物柴油不符合我国国情，因此，有人提出用一种野生木本植物——光皮树作为生产生物柴油的原料，以降低生产成本。

大约20％～30％的生物柴油和传统的石油柴油混合，除具有与石油相当的燃料燃烧性能外，还具有更好的防发动机磨损和清洁性能。

3.1.3 生物甲醇生物质制得的甲醇，燃烧释放的二氧化碳量与生物质通过光合作用吸收的二氧化碳量相等，因此它具有二氧化碳零排放的优点。

生物质制甲醇主要是气化法。

首先将原料进行加氢气化反应，产生富含甲烷的气体，经热解生产含一氧化碳和氢的合成气，在催化剂的条件下生成甲醇。

3.1.4 生物油快速裂解生产生物油被认为是最经济的生物质生产液体燃料的路径。

快速裂解是在中等温度（500～600℃），高加热速率（104～105℃/s ）及极短的停留时间（<1s ），将生物质直接热解，再经快速冷却得到液体生物油。

生物油是一种液体含氧混合物，氧含量高达40％左右，主要包括羧酸、酚和醛酮等含氧化合物。

生物油包括20～25％水，25～30％水溶性裂解木质素，5～12％有机酸，5～10％非挥发性碳氢化合物酐糖和10～25％的其它含氧化合物。

总之，由生物质制取液体燃料，可以减少人类对石油的依赖，而且可以改善城市污染和酸雨问题。

3.2 生物质固化生物质能在可再生能源中是能量密度较高、可储运、可转化和较少受自然因素制约、兼有矿物燃料属性的能源资源。

其突出的特点是可以年复一年的再生、取之不尽、用之不竭，无污染，可广泛生产，开发前景非常广阔。

生物质致密成型是将秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。

生物质致密成型工艺从广义上，可划分为常温压缩成型、热压成型和碳化成型三种主要形式。

热压成型的工艺流程为：原料粉碎→干燥→混合→挤压成型→冷却→包装。

碳化成型的工艺流程为：原料→粉碎除杂→碳化→混合粘结剂→挤压成型→产品干燥→包装。

由于碳化产品的用途广泛，产品适用性强,在冶金、化工、环保、建筑等方面需求量相当大，所以第24卷第2期 唐山师范学院学报 2002年第2期 - 38 -它的国际市场非常广阔，加快生物质致密成型技术和炭化技术的研究与开发，利用农村丰富的生物质资源和丰富的劳动力资源，开拓国际市场,积极参与国际竞争，必将取得可观的经济、生态、环保、社会效益。

3.3 生物质发电工业发达国家在这方面已有先进的技术，并形成一定的规模。

3.4 生物质气化气化技术发展较快，在国内外应用也很广泛，主要有厌氧发酵生产沼气技术、热解气化技术等。

热解气化技术在国外大都采用压力和燃烧气化技术，用以驱动燃气轮机，也有发生炉煤气甲烷化、流化床或固定床热解气化等，我国主要研究开发了流化床、固定床和小型的气化炉热解气化技术。

可分别处理秸杆、木屑、稻壳、树枝、废木块等生物质，将其转换成气体燃料。

我国的沼气技术无论是生活领域还是生产领域，其开发利用技术与规模在国际上都享有盛誉。

另外，湖南省还研制出C100-1型生物质转换成气、油、炭综合利用的生产设备，百公斤稻壳产出木炭48kg ，焦油11kg ，木质气32m 3，投入产出比为14.9:31。

4 生物质能未来前景广阔地球上的生物量的潜力决定着开发利用可再生能源——生物质能的可靠程度。

目前，每年通过植物所固定的太阳能产生的有机物达1 800亿t ，相当于3 000亿GW 的能量，为现实能源消费的10倍左右。

在理想状况下，地球上的生物质潜力可达到现实能源消费的180~200倍。

因此开发利用这一能源是可以依赖和信任的。

国际应用系统分析研究所认为，在21世纪，以化石燃料为主体的世界能源系统将转换成以生物质能、风能、地热能和太阳能等可再生能源为主体的新的世界能源系统。

到2050年，以太阳能和生物质能为主体的可再生能源将占世界能源构成的30%以上。

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