如何高效利用我國農村生物質資源

對於生物質這個詞大家都有肯能感到陌生，所以我們先解釋壹下這個名詞，生物質是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產生的各種有機體，即壹切有生命的可以生長的有機物質通稱為生物質。它包括植物、動物和微生物。廣義概念：生物質包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物為食物的動物及其生產的廢棄物。有代表性的生物質如農作物、農作物廢棄物、木材、木材廢棄物和動物糞便。狹義概念：生物質主要是指農林業生產過程中除糧食、果實以外的稭稈、樹木等木質纖維素（簡稱木質素）、農產品加工業下腳料、農林廢棄物及畜牧業生產過程中的禽畜糞便和廢棄物等物質。特點：可再生、低汙染、分布廣泛。因為生物質中含有能量，因此引伸出生物質能這個詞，生物質能就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源於綠色植物的光合作用，可轉化為常規的固態、液態和氣態燃料，取之不盡、用之不竭，是壹種可再生能源，同時也是唯壹壹種可再生的碳源。國內生物質的資源分布因為生物質包括植物、動物和微生物，所以在分析生物質資源分布的時候，我們只考慮植物的分布。我國農林生物質資源豐富、數量巨大,較常見的有稭稈、稻殼、薪材、鋸末和甘蔗渣等。據統計,我國農作物稭稈可收集量約為 4.5 億 t/年，折合標準煤 1.8 億 t，稻殼 5000 萬 t，折合標準煤 2000 萬 t ；林業加工過程產生的木質廢棄物約 2400 萬 m3，折合標準煤 150 萬 t ；各種天然薪材的合理提供量為 1.4 億 t ，折合標準煤 0.74 億 t。農業生物質資源我國是農業生產大國,農業生物質資源豐富。每年的農業生產廢棄物的產量約為 6.5 億 t，到 2010 年產量可達 7.3 億 t，可產生 12EJ 的能量。農業生物質資源主要包括農作物稭稈和農產品加工廢棄物。農作物稭稈是我國廣大農村地區傳統的生活用能，其中水稻、玉米和小麥稭稈占到 84.3%；農產品加工廢棄物有稻殼、玉米芯、花生殼和甘蔗渣等。1999 年，我國各地區主要農業生物質可利用量的合計總量達 5.6 億 t。列前 10 位的地區是：山東、河南、河北、江蘇、黑龍江、吉林、四川、湖北、安徽和內蒙古。其中，稭稈類生物質的主要流向為 15%還田，24%飼用，2.3%用於工業，近 60%用於薪柴或露地燃燒。因此，我國農業生物質資源具有巨大的應用潛力。林業生物質資源我國現有森林面積為 1.75 億 hm2，其蓄積量為 124.56 億 m3。2002 年，全國造林面積為 777.10hm2，比上壹年增長 56.8%。我國陸地林木生物質資源總量在 180 億 t 以上，可用於生產生物質能源的主要是薪炭林、林業廢棄物和平茬灌木等。林業生物質能資源在我國農村能源中占有重要地位。2002 年，我國農村消耗的林業生物質能資源約 1.66 億 tce,占農村能源總消費量的 21.2%。在丘陵、山區和林區等區域，農民 50%以上的生活用能依靠林業資源。1999 年，我國林業生物質產量列前 10 位的地區是：黑龍江、內蒙古、四川、雲南、吉林、江西、湖南、廣西、廣東和山西。另外，我國有宜林荒山荒地約 4692.71 萬 hm2，可以開發種植高產能源植物。（資料來自於百度百科）我國生物質能源的利用現狀我們國家生物質能源的資源十分豐富，然而我國生物質能源的開發利用起步較晚，隨著近些年的研究和開發，經取得了明顯的效果。但總體來說主要是作為燃料提供熱能或發電、農田有機肥料及多種化工產品等。生物質作為燃料或發電（1）直接燃燒我國 9 億多農村人口的生活用能大部分依賴於生物質能源。然而直接燃燒熱效率低，目前生物質的直接燃燒利用著重於研究開發提高燃燒的熱效率，減少有害物排放，如研究開發各種鍋爐等用能設備上。生物質的燃燒，國外用於商業化發電，我國在這壹方面仍需進壹步完善。直接燃燒主要包括爐竈燃燒、壓縮成型燃料燃燒、聯合燃燒和焚燒垃圾。爐竈燃燒是傳統農村人們的用能方式，因效率比較低而逐漸被淘汰。壓縮成型燃料燃燒是將生物質壓縮成型，使其密度增大，性能接近煤，相當於鍋爐直接燃煤技術，而且尾氣排放汙染小，進行發電很有發展前景，其中顆粒成型燃燒尤適合家庭或暖房取暖。聯合燃燒是燃煤摻入生物質燃燒，可減少二氧化硫及氮的氧化物的排放。焚燒垃圾是鍋爐在 800—1000℃高溫下燃燒垃圾可燃組分，釋放熱量供熱或發電。目前我國現代生物質能中用於直接燃燒的高效燃燒鍋爐有 200 多臺,效率均可達 80%，有幾十家垃圾焚燒爐正常運行。垃圾顧名思義是壹種環境汙染物，其實它是“放錯位置的財富” ，許多國家和地區，已經形成垃圾產業，垃圾的資源化既可以減輕環境汙染，又可以緩解資源短缺。近年來，國外不斷開發出新型發電技術如城市生活垃圾發電，據試驗焚燒 500t 垃圾可以發電 1 萬千瓦? 時。匈牙利建造的壹座大型垃圾發電廠，有 4 個垃圾燃燒室，每個燃燒室可燃燒 15t 垃圾? 電站既發電又給附近用戶提供了高達 250℃的蒸汽。垃圾發電在丹麥、瑞典、德國、法國、日本、英國等國家也得到重視和應用。汙泥發電，日本東京大學發明了壹種使汙泥固化的方法，據試驗固化汙泥每千克有 4000 大卡熱量，相當於低質煤的發熱量，用它進行發電，既可節約能源，又可保護環境衛生。但是我國垃圾資源的產業化尚未形成。我國生物質能直接燃燒發電處於起步階段，仍具有較大的發展潛能，美國利用生物質如廢木材和農業廢棄物燃燒發電技術已經成熟，其發電設備裝機容量為 736MW。（2）利用轉化技術生物質能源的開發利用，按照轉化產物的形態可分為生物質的液化和氣化，液化與氣化通常采用生物技術和熱化學兩種方法。生物質的液化，生物質的熱解液化技術在我國目前尚處於試驗研究階段。我國各大院校如浙江大學對生物質廢棄物在回轉窯中的熱解特性，以及各種堿金屬和相關無機元素在生物質熱解中的析出行為進行了研究，上海理工大學、東南大學等也正在從不同的角度對生物質液化技術進行研究。研究生物質液化是為了提高液體產物的產率，減少固體殘留物和氣態產物的量獲得品質更高的液體產品。生物質熱解液化所得液體燃料習慣上稱為生物柴油，可以直接作為燃料使用，也可以轉化為品位更高的液體燃料或價值更高的化工產品。生物柴油的研究與開發起步晚，有望在今後幾十年中迅速發展起來，形成生物柴油產業。統計數據表明，我國乙醇產量的 1/3 以木薯為原料,2004 年廣西乙醇產量為 30 萬 t,其中木薯生產乙醇總量達到 10 萬 t。利用生物質生產酒精方面巴西和美國成績很突出。研究結果表明木薯作為燃料乙醇原料的綜合效益居第二位,它是生產生物乙醇的首選原料,目前科技工作者在木薯乙醇生產中已經開發出諸如連續發酵、差壓精餾等可與玉米乙醇生產相媲美的技術。黑龍江、吉林和河南三省建設陳化糧為燃料乙醇生產工程,主要原料為玉米、甘薯等,並已在全國十余個城市開展了摻和 10%乙醇的汽油醇燃料應用示範工作。生物質的氣化,我國生物質生產沼氣研究工作開展的較好,利用稭稈和糞便通過發酵,產生沼氣後照明和生活用燃料。目前,我國特別是四川等地在農村已普遍使用了較為實用的沼氣池。沼氣開發利用主要有農業沼氣,工業沼氣,城市下水道汙水沼氣,城市垃圾沼氣。生物質氣化產物主要包含甲烷、乙烷、氫氣、壹氧化碳、二氧化碳等,這些產物可用做生活燃氣或工業用氣。生物質氣化是生物質熱轉化技術中歷史最長、最具實用性的壹種技術,但生物質氣化氣存在的最大弱點,即氣體中 H2/CO 值較低。我國在技術與裝置開發方面自 1990 年代以來,已取得了壹系列的成果,如主要集中於生物法和熱化學轉換法生物質的制氫技術,中國科學院廣州能源研究所開發研制的各式氣化爐 ,可用於清潔供熱供電和供氣,部分產品已經出口東南亞各國。目前二甲醚的合成主要通過煤氣化、天然氣氣化以及重渣油氣化等途徑獲得的合成氣來合成。據報道,該研究所研究出利用生物質間接液化壹步法合成二甲醚的方法。發明專利是壹種利用沼氣重整生物質氣化氣合成二甲醚的新方法,工藝涉及生物質的高效潔凈利用領域,提供了壹種完全由生物質高效清潔利用合成燃料二甲醚的綠色合成方法。? 生物質轉化成其他化工產品上海大學環境與化學工程學院固體廢物研究中心,利用水熱技術對甘蔗渣、樹葉和菜皮 ?種生物質垃圾的轉化產物和機理進行了研究。結果表明,生物質轉化得到的產物中含有大量的腐植酸物質。這類腐植酸物質可以作為生態肥料,腐植酸含量能達到 45%左右具有良好的肥效和經濟價值。廣西大學生物技術學科的研究人員針對此難題經過兩年的攻關,成功地研制了利用汙泥制造成高效無汙染的生態有機肥的技術,生產的肥料不僅能使農作物產量有較大的提高,而且使果蔬的品質有極大的提高,深受農民的普遍青睞。2000 年該技術轉讓給上市公司桂林集琦集團,當年便實現產業化。我國農村生產沼氣過程中,同時得到發酵液、渣等厭氧發酵殘留物,作為農田的有機肥料,效果很好,從而使得生物質能源得到充分利用。我國木薯生產乙醇技術趨於成熟,乙醇除了作為運輸燃料替代汽油,還可以生產冰醋酸、乙烯及其下遊產品。生物質的催化合成甲醇技術發達國家,如美國、日本、英國、法國、德國、俄羅斯等,早在 10 年前就已開展了技術攻關研究。朱靈峰等研究者開展了此項研究工作,填補了我國此研究領域的空白。結果表明,解決了催化劑失活問題,稭稈類生物質熱化學法制得的低熱值燃氣通過適當處理制備的合成氣,可直接催化合成甲醇。生物質能的研究工作逐漸轉向熱解產品的深加工開發,如活性炭、木醋液等應用研究領域。木焦油是國際緊俏產品,木醋液可形成多種化工產品。（資料來源江西林業科技報 2006 年第 5 期）開發和利用生物質能源已成為世界許多國家開源節流、化害為利和保護環境的重要措施。據聯合國環境保護機構發表的壹份調查報告說，至少有多個工業化國家在開發利用“綠色能源”方面取得了顯著成績，其中有些國家通過實施“綠色能源”計劃，在很大程度上緩解了本國能源緊缺的矛盾?同時有效地改善了環境。而我們國家在擁有豐富的生物質資源時，我們更要合理的開發與利用，改善利用生物質能源的技術，提高能源利用效率，使我國在利用生物質能源方面更加完善，最終使生物質能源成為我國重要能源的之壹。